KR20110069790A - 별도의 용융 및 고화로 시스템을 주조하는데 사용하는 장치 및 방법 - Google Patents

별도의 용융 및 고화로 시스템을 주조하는데 사용하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본원은, 예를 들어 태양 패널 및/또는 광전지에 사용하기 위한, 고순도 규소를 제조하는데 사용하는 2 단계 또는 3 단계 장치 및 방법에 관한 것이다. 본원의 장치는 전달 장치를 갖춘 용융 장치, 경사 또는 이송 기구를 갖춘 유지 장치, 및 용융 공급원료를 수용하는 적어도 하나의 고화 장치를 포함한다. 개별 장치의 최적화된 구성은 고순도 규소를 제조하도록 효과적으로 조합하여 작동한다.

Description

별도의 용융 및 고화로 시스템을 주조하는데 사용하는 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD OF USE FOR CASTING SYSTEM WITH INDEPENDENT MELTING AND SOLIDIFICATION}
본 출원은, 그 전체가 본원에 참조된, 2008년 8월 27일 출원된 미국가특허출원 제 61/092,186 호의 우선권의 이점을 주장한다.
본원은, 별도의 용융 및 고화로, 고순도 규소를 제조하기 위한, 예를 들어 태양 모듈용 장치 및 방법에 관한 것이다.
광전지는 광을 전류로 변환시킨다. 광전지의 가장 중요한 특징 중 하나는, 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 시 그 효율이다. 광전지를 다양한 반도체성 재료로 제조하더라도, 규소를 일반적으로 사용하는데, 규소는 합리적인 비용으로 쉽게 이용가능하고 또한 광전지의 제조용으로 전기, 물리적, 및 화학적 특성에 있어서 적절한 균형을 이루기 때문이다.
광전지를 제조하기 위한 공지된 과정에 있어서, 규소 공급원료는 양 또는 음의 전도 유형을 가진 도펀트 (dopant) 로 도핑되고, 용융된 후, (Czochralski (CZ) 방식 또는 부유 구역 (folat zone; FZ) 방법을 통하여) 결정 규소를 용융 구역 외부로 꺼내어서 단결정 규소의 잉곳안으로 넣음으로써 결정화된다. FZ 공정에 대해서, 고형 재료는 용융 구역을 통하여 공급되고, 용융 구역의 일측안으로 유입될 시 용융되며, 일반적으로 시드 결정과의 접촉에 의해 용융 구역의 타측에서 다시 고화된다.
최근에, 미국특허출원 제 11/624,365 호 및 제 11/624,411 호에 개시되어 있고 또한 2007년 1월 18일 출원된 미국특허출원공보 제 20070169684 A1 호 및 제 20070169685 A1 호에 공개된 바와같이, 도가니 고화 공정 (즉, 현장 주조 또는 주조 공정) 에서 단결정 또는 기하학적 다결정 재료를 제조하는 새로운 기술이 발명되었다. 다결정 규소를 제조하는 주조 공정은, 광전지 기술 분야에서 공지되어 있다. 간략하게, 이러한 공정에 있어서, 용융된 규소는, 석영 도가니 등의 도가니에 담겨지고, 그에 담겨진 규소의 결정화를 가능하게 하도록 제어된 방식으로 냉각된다. 그 결과 주조된 결정 규소의 블록은, 일반적으로 광전지를 제조하는데 사용될 웨이퍼의 크기와 동일하거나 또는 그와 유사한 단면을 가진 벽돌 (brick) 로 절단되고, 이러한 벽돌은 상기 웨이퍼로 소잉되거나 그렇지 않으면 절단된다. 이러한 방식으로 제조되는 다결정 규소는 결정질 입자로 구성되고, 이로부터 제조되는 웨이퍼내에서, 입자의 상대 배향은 효과적으로 무작위적이다. 단결정 또는 기하학적 다결정 규소는, 특별히 선택된 입자 배향 및 (후자의 경우에) 입자 경계면을 가지고, 또한 전술한 특허출원에 개시된 새로운 주조 기술에 의해, 도가니에서 고형 규소를 대형 시드층과 접촉시켜 액체 규소로 용융시킴으로써 형성될 수 있고, 이러한 대형 시드층은, 공정 동안 부분적으로 고형물로 남아 있고 또한 이를 통하여 고화시 열이 추출되며, 모두 동일한 도가니에 남아 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "시드층" 이라는 용어는 연속적인 층을 형성하는 소망하는 결정 배향을 가진 결정 또는 결정 그룹을 말한다. 이 시드층은, 주조 용도의 도가니의 일측에 일치되도록 형성될 수 있다.
고품질의 주조 잉곳을 제조하기 위해서는 여러 조건을 만족해야 한다. 먼저, 가능한 한 많은 잉곳이 소망하는 결정성을 가져야 한다. 잉곳이 단결정이면, 잉곳의 전체 사용가능부는 단결정이어야 하고, 또한 이는 기하학적 다결정 재료에 대해서도 유사하다. 그 다음에, 규소는 가능한 한 적은 결함을 가지고 있어야 한다. 이러한 결함은 개별 불순물, 불순물 덩어리, 고유의 격자 결함 및 규소 격자의 구조적 결함, 예를 들어 전위 (dislocations) 및 적층 결함을 포함할 수 있다. 이러한 많은 결함은 결정 규소로 제조된 광전지의 작동시 전하 캐리어의 신속한 재결합을 유발할 수 있다. 이는 광전의 효율을 저감시킨다.
수년의 개발로 잘 성장한 CZ 및 FZ 규소에서 결함양을 최소화하였다. 시드에 포함되는 모든 전위가 성장하게 되는 얇은 넥을 먼저 성장시킴으로써 무전위 단일 결정이 얻어질 수 있다. 용융물에 대한 시드 결정의 역회전을 유지함으로써, 개재물 및 이차상 (예를 들어, 질화규소, 산화규소 또는 탄화규소 입자) 이 포함되는 것이 방지된다. 자기 CZ 기술 및 산업 분야에 공지된 FZ 기술을 사용하여, 산소 함유가 저감되고 최소화될 수 있다. 금속 불순물은, 일반적으로 탱 (tang) 단부로 분리시킴으로써 최소화되거나 또는 일단부에 불 (boule) 을 가져온 후에 포스스크랩 (potscrap) 에 남겨진다. 하지만, CZ 및 FZ 공정에서의 전술한 개선에도 불구하고, 종래의 CZ 및 FZ 공정보다, 체적 기준당 덜 비싸고, 설비에 대한 더 적은 자본 투자에 대한 필요성, 더 적은 공간에 대한 필요성, 및/또는 조작시 덜 복잡한 필요성이 있는 고순도 결정 규소를 제조할 필요성 및 소망이 있다.
본 발명은 별도의 용융 및 고화로 주조 시스템을 사용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다른 이점은, 종래의 CZ 및 FZ 공정보단, 체적 기준당 덜 비싸고, 설비에 대한 더 적은 자본 투자에 대한 필요성, 더 적은 공간에 대한 필요성, 및/또는 조작시 덜 복잡한 필요성이 있는 고순도 결정 규소를 포함할 수 있다는 것이다.
제 1 실시형태에 따라서, 본원은 고순도 규소를 제조하는데 적합한 용융 장치를 포함한다. 상기 용융 장치는, 고형 공급원료를 용융시키는 열 공급원, 상기 고형 공급원료를 열 공급원에 공급하는 전달 장치, 및 상기 열 공급원으로부터의 용융 공급원료를 수용하고 또한 상기 용융 공급원료를 추가로 처리하는 유지 장치로 유동시키는 캐치 팬을 포함한다.
제 2 실시형태에 따라서, 본원은 고순도 규소를 제조하는데 적합한 고형 공급원료를 용융시키는 방법을 포함한다. 상기 용융 방법은, 고형 공급원료를 제공하는 단계, 전달 장치에 의해 상기 고형 공급원료를 열 공급원에 공급하는 단계, 상기 열 공급원으로 고형 공급원료를 용융시키는 단계, 및 상기 열 공급원으로부터의 용융 공급원료를, 추가로 처리하거나 실행하기 위해 이러한 용융 공급원료를 유동시키는 캐치 팬에 수용하는 단계를 포함한다.
제 3 실시형태에 따라서, 본원은 고순도 규소를 제조하는데 적합한 유지 장치를 포함한다. 상기 유지 장치는, 용융 공급원료를 수용하는 출구를 가진 유지 용기, 적어도 하나의 가열기, 및 상기 용융 공급원료를 추가로 처리 또는 실행하도록 유동시키는 이송 또는 경사 기구를 포함한다.
제 4 실시형태에 따라서, 본원은 고순도 규소를 제조하는데 적합한 유지 장치를 사용하는 방법을 포함한다. 상기 사용 방법은 용융 공급원료를 유지 용기안에 수용하는 단계, 상기 용융 공급원료를 공급원료 용융점 이상으로 유지하는 단계, 및 상기 용융 공급원료를 출구를 통하여 이송하는 단계를 포함한다.
제 5 실시형태에 따라서, 본원은 고순도 규소를 제조하는데 적합한 고화 장치를 포함한다. 상기 고화 장치는 홈통으로부터 용융 공급원료를 수용하는 도가니 또는 용기, 적어도 하나의 가열기, 및 적어도 하나의 히트싱크를 포함한다.
제 6 실시형태에 따라서, 본원은 고순도 규소를 제조하는데 적합한 용융 공급원료를 고화시키는 방법을 포함한다. 상기 고화 방법은 용융 공급원료를 제공하는 단계, 상기 용융 공급원료를 도가니에 수용하는 단계, 상기 도가니의 온도를 제어하도록 가열기에 의해 상기 용융 공급원료를 가열하는 단계, 및 상기 용융 공급원료를 결정화하도록 적어도 바닥으로부터 용융 공급원료를 냉각시키는 단계를 포함한다.
제 7 실시형태에 따라서, 본원은 고순도 규소를 제조하는데 적합한 3 단계 장치를 포함한다. 상기 3 단계 장치는, 고형 공급원료를 용융 공급원료로 용융시키는 용융 장치, 상기 용융 장치로부터 용융 공급원료를 수용하는 유지 장치, 및 상기 용융 공급원료를 고형 생성물로 고화시키는 적어도 하나의 고화 장치를 포함한다.
제 8 실시형태에 따라서, 본원은 3 단계 장치로 고순도 규소를 제조하는데 적합한 방법을 포함한다. 상기 제조 방법은, 고형 공급원료를 제공하는 단계, 상기 고형 공급원료를 용융 장치에 탑재하는 단계, 상기 용융 장치의 고형 공급원료를 용융 공급원료로 용융시키는 단계, 상기 용융 공급원료를 유지 장치에 이송하는 단계, 상기 용융 공급원료를 상기 유지 장치로부터 고화 장치안으로 유동시키는 단계, 및 상기 고화 장치의 도가니에서 상기 용융 공급원료를 고형 생성물로 고화시키는 단계를 포함한다.
제 9 실시형태에 따라서, 본원은 3 단계 방법으로 형성되는 고순도 규소 잉곳을 포함한다. 3 단계는 용융 단계, 유지 단계 및 고화 단계를 포함한다. 상기 잉곳을 제조하는데 사용되는 방법은, 규소를 함유하는 고형 공급원료를 제공하는 단계, 상기 고형 공급원료를 용융 장치안에 탑재하는 단계, 상기 용융 장치의 고형 공급원료를 용융 공급원료로 용융시키는 단계를 포함한다. 상기 잉곳을 제조하는데 사용되는 방법은, 상기 용융 공급원료를 유지 장치로 이송하는 단계, 상기 용융 공급원료를 유지 장치로부터 고화 장치안으로 유동시키는 단계, 및 상기 고화 장치의 도가니에서 상기 용융 공급원료를 고형 생성물로 고화시키는 단계를 포함한다.
본원의 명세서의 일부에 포함되고 또한 이를 구성하는 첨부된 도면은, 본원의 실시형태를 설명하고, 이러한 기재와 함께, 본원의 특징, 장점, 원리를 설명하는데 사용된다.
도 1 은 일 실시형태에 따른 통합된 용융 장치, 유지 장치 및 고화 장치의 도면,
도 2 는 일 실시형태에 따른 용융 장치의 도면,
도 3 은 일 실시형태에 따른 용융 장치의 부분 측면도,
도 4 는 일 실시형태에 따른 유지 장치의 도면,
도 5 는 일 실시형태에 따른 고화 장치의 도면,
도 6 은 일 실시형태에 따른 고화 장치의 부분 측면도, 및
도 7 은 일 실시형태에 따른 용융 장치, 유지 장치 및 고화 장치의 다중 배치를 도시한 도면.
본원은 고순도 규소의 제조용, 예를 들어 광전지의 제조용 또는 태양 어플라이언스용 장치 및 방법에 관한 것이다. 태양 어플라이언스는 태양 패널, 태양 모듈, 태양 배열체, 태양 그리드, 및/또는 적외선, 가시광선 및/또는 자외선 파장 등의 전자기 스펙트럼의 적어도 일부를 포획하기 위한 어떠한 다른 적합한 장치를 포함한다. 바람직하게는, 태양 어플라이언스는 태양으로부터의 에너지를 포획하기 위한 장치를 포함한다.
고순도 규소는, 광범위하게, 적어도 약 95 중량%, 적어도 약 99 중량%, 적어도 약 99.999 중량%, 및/또는 어떠한 다른 적합한 양 등의 일차 규소를 가진 물질의 조성을 포함한다. 바람직하게는, 하지만 필수적이지는 않지만, 고순도 규소는 재료의 전기 특성을 개질하도록 도펀트를 더 포함할 수 있다. 고순도 규소는, 적어도 부분적으로 정제되고/정제되거나 규소 원석 (산화규소), 및/또는 금속 등급의 규소보다 오염물이 적은 재료를 포함한다. 고순도 규소는 반도체 등급의 재료를 포함할 수 있다. 대안으로, 고순도 규소는, 예를 들어 태양 등급의 규소에 대하여 충분한 순도를 가진 반도체 등급의 재료를 배제할 수 있다.
더욱이, 규소의 주조에 대하여 본원에 기재되어 있지 않더라도, 다른 반도체성 재료 및 비금속성 결정 재료는 본원의 범위 및 정신을 벗어나지 않고 주조될 수 있다. 예를 들어, 본 발명자는, 본원의 실시형태와 일치하는 다른 재료, 예를 들어 게르마늄, 갈륨 비소, 실리콘 게르마늄, 산화 알루미늄 (사파이어의 단결정 형태를 포함), 질화 갈륨, 산화 아연, 황화 아연, 갈륨 인듐 비소, 인듐 안티모나이드, 게르마늄, 이트륨 바륨 산화물, 란타나이드 산화물, 산화 마그네슘, 산화 칼슘, 및 다른 반도체, 산화물 및 액상의 금속간화합물의 주조를 상정하였다. 또한, 다수의 다른 III-V 족 또는 II-VI 족 재료 뿐만 아니라 금속 및 합금은 본 발명의 실시형태에 따라서 주조될 수 있다.
주조 규소는 다결정 규소, 거의 다결정 규소, 기하학적 다결정 규소, 및/또는 단결정 규소를 포함한다. 다결정 규소는, 약 센티미터 스케일의 입자 크기 분포를 가지고 또한 다결정 규소의 본체내에 다수의 무작위적으로 배향된 결정이 위치되는 결정 규소를 말한다.
기하학적 다결정 규소 또는 기하학적으로 배열된 다결정 규소는, 일정하게 배향된 센티미터 스케일의 입자 크기 분포를 가지고 또한 다결정 규소의 본체내에 다수의 배열된 결정이 위치되는 결정 규소를 말한다. 기하학적 다결정은, 통상적으로 약 0.5 센티미터 ~ 약 5 센티미터의 평균 크기를 가진 입자를 포함하며, 기하학적 다결정 규소의 본체내의 입자 배향은, 예를 들어 적합한 시트 결정의 조합을 사용하여 미리 정해진 배향에 따라서 제어될 수 있다.
폴리결정 규소는, 마이크로미터 ~ 밀리미터 스케일의 입자 크기 및 결정 규소의 소정의 본체내에 위치된 다수의 입자 배향을 가진 결정 규소를 말한다. 폴리결정 규소는, 통상적으로 약 서브미크론 ~ 약 미크론의 평균 크기 (예를 들어, 개별 입자를 육안으로 볼 수 없음) 및 전체적으로 무작위적으로 분포되는 입자 배향을 가진 입자를 포함할 수 있다.
단결정 규소는, 재료가 일반적으로 및/또는 실질적으로 동일한 결정 배향을 갖기 때문에 매우 적은 입자 경계면을 가진 결정 규소를 말한다. 단결정 재료는, 결정 성장을 설정하도록, 고화시 액체 규소와 접촉하게 되는 일편의 결정 재료 등의 하나 이상의 시드 결정으로 형성될 수 있다. 거의 단결정 규소는, 일반적으로 단결정 규소보다 더 많지만 다결정 규소보다는 실질적으로 더 적은 입자 경계면을 가진 결정 규소를 말한다.
본원은, 처리량 및/또는 잉곳의 품질을 상당히 증가시키면서, 노의 자본 크기를 상당히 줄이는 주조 규소용 시스템을 포함한다. 종래의 실시예의 장점: 1. 용융 및 고화를 동시에 가능하게 함으로써 (즉, 현재의 충전물을 고화시키면서 후속의 충전물을 용융시킴) 사이클 주기의 저감; 2. 용융 공정 및 고화 공정에서 규소 용융물을 정제하고 또한 오염물을 최소화시키기 때문에 개선된 잉곳의 품질; 및 3. 상기 시스템의 모듈라 설계를 수용하는데 필요한 공장의 공간이 상응하는 개수의 종래의 주조 스테이션보다 상당히 적기 때문에 저감된 건평을 포함할 수 있다.
본원은 규소를 주조하는 3 부분 시스템을 포함할 수 있다. 규소 공급원료는, 용융 영역안으로 탑재되고, 용융되며, 여과되고, 또한 적어도 잉곳의 유용성이 진행될 때까지 세라믹 유지 용기에 축적될 수 있다. 용융 규소는, 분리되고 또한 용융 및/또는 유지 장치와는 별개로 고화 사이클을 진행하거나 완성하는 고화 챔버와 인터페이싱하는 챔버를 통하여 주입될 수 있다. 용융 시스템은, 예를 들어 전력 입력에 따라서, 약 5 개 ~ 약 25 개의 고화장치로부터 지지할 수 있다.
바람직하게는, 3 단계의 주조 시스템은 용융 단계, 유지 용기 및 고화 챔버를 포함한다. 먼저 2 개의 단계는 단일의 유닛에 포함될 수 있지만, 고화 챔버는 독립적일 수 있고, 여러 개의 고화 챔버는, 예를 들어 동일한 용융 및 유지 시스템에 의해 이용될 수 있다
용융 단계는, 일반적으로 비교적 작은 고전력 용융 영역에 규소를 일반적으로 연속적으로 공급하는 것을 포함할 수 있다. 정밀 전달 장치 또는 기구는 여러 가지 형태를 취할 수 있지만, 용융 영역은 슬롯식 플랫폼으로 구성될 수 있고, 여기에서 용융 규소는 슬롯 또는 핑거를 통하여 세라믹 캐치 팬안으로 낙하하고, 여기에서 배플식 구조는 가열된 세라믹 도관을 통하여 유지 용기안으로 액체가 통과하기 전에 침전 및 부유 잔해 둘 다를 여과한다. 용융 영역의 핑거는 가열기일 수 있거나 (예를 들어, 석영 배관으로 둘러싸인 탄화 규소 또는 흑연 글로우 바) 또는 가열기는 별도의 시스템일 수 있다. 바람직하게는, 용융 영역은 정상 작동시 규소의 용융 온도 이상에서 연속적으로 유지될 수 있다.
실온 또는 주변의 규소를 용융 영역으로 전달하는 것과 관련하여, 이하의 방안을 사용할 수 있다. 많은 뾰족한 포크형 플랫폼에는 고형 규소가 탑재될 수 있다. 포크형 플랫폼은 흑연 또는 탄화 규소로 제조될 수 있고 또한 기다란 폴의 단부에 유지될 수 있다. 포크형 플랫폼은 실온에서부터 가열 영역을 통하여 용융 영역안으로 갈 수 있고, 여기에서 포크의 핑거는 용융 영역의 슬롯식 핑거를 통하여 하강될 수 있고, 그리하여 규소를 전달한다. 그 후, 포크형 플랫폼은 후속의 배치 (batch) 를 탑재하도록 후퇴될 수 있다. 바람직하게는, 용융 영역은 오염물을 방지하고/방지하거나 저감시키도록 양압하에 유지된다.
대안으로, 보행식 빔은 규소를 용융 영역으로 전달할 수 있다. 규소 덩어리는 경사진 회전 튜브에 공급될 수 있고 용융 영역으로 서서히 가게 된다. 규소 덩어리 및/또는 피스는 슈트에 수직하게 탑재될 수 있고 또한 트랩 도어를 통하여 용융 영역안으로 낙하할 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 다른 전달 장치도 가능할 수 있다.
캐치 팬으로부터 유지 용기로의 용융 규소를 얻기 위해, 중력 공급식 주입 스파우트 (gravity-fed pour spout) 가 사용될 수 있거나 또는 보다 연관된 시스템이 사용될 수 있는데, 예를 들어 세라믹 사이펀 튜브는 용융 단계 및 유지 용기 사이의 차압에 의해 구동될 수 있다. 대안으로, 원하는 순간에 립에 걸쳐 액체를 미는데 세라믹 플런저를 사용할 수 있다.
유지 용기는 규소의 잉곳의 유용성보다 더 유지되도록 크기결정될 수 있고 또한 액체 상태의 규소를 유지할 뿐만 아니라 소망하는 과열양을 제공하도록 가열기를 구비할 수 있다. 유지 용기는, 고화 챔버에 연결되는 챔버의 벽의 포트 및 퍼넬을 통하여 액체 규소 내용물을 주입하도록, 유압 시스템을 통하여 경사지고/경사지거나 회전하는 용해 실리카 용기를 포함할 수 있다. 유지 용기는, 예를 들어 다중 용융 유닛으로부터 공급될 수 있다.
대안으로, 용융 장치 및/또는 고화 장치는 과열 용량을 포함할 수 있다. 용융 장치 및/또는 고화 장치를 사용하는 방법은 가열기 등으로 공급원료에 과열을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
고화 챔버 (또는 고화장치) 는 분말, 물, 가스 등을 위한 자체 훅업 (hook-ups) 을 가진 이동가능한 자체 완비된 유닛일 수 있다. 용융 규소의 제조시, 도가니는, 선택적으로 시드 결정 및/또는 도펀트를 포함하는 고화장치에 탑재될 수 있고, 도가니 용기는 제어된 분위기하에 놓이게 되고 적어도 규소의 용융점 근방까지 가열될 수 있다. 고화장치는 유지 용기를 가진 챔버 아래에 또는 그 옆에 이동할 수 있고 또한 예를 들어 분위기 제어된 인터락을 통하여 유지 챔버와 진공 밀봉 연결을 형성한다. 고화장치는 분리되기 전에 규소 탑재물을 수용할 수 있고 사이클 주기 동안 (냉각) 다른 위치로 이동될 수 있거나, 용융장치/유지장치는 후속의 고화장치로 이동할 수 있다. 일 실시형태에 따라서, 고화장치 및 사용 방법은, 유지 용기와 장치의 진공 밀봉식 분위기 제어된 연결부를 포함할 수 있고, 또한 그 사이에서 용융 공급원료를 유동시킨다.
고화장치는 다수의 유일한 특징을 포함할 수 있다. 고화장치는 비워진 홈톰 (trough) 을 가진 도가니를 포함할 수 있어서, 결정 성장의 종료 근방에서, 고화장치는 마지막 액체 규소를 배출하도록 경사지도록 유압장치 등의 승강 기구를 사용할 수 있다. 고화장치는 상부 가열기 및 바닥 가열기 뿐만 아니라 선택적인 측면 가열기를 구비할 수 있다. 잉곳의 냉각은, 복사에 의해 고화장치의 열전도성 금속제 바닥에 발생하고/발생되거나 나타날 수 있고, 금속제 바닥에 대한 시야는 절연 셔터에 의해 제어될 수 있다. 금속제 바닥은 직접적인 수냉을 배제할 수 있지만 냉각을 효과적으로 하도록 전체적으로 별도의 수냉 플레이트와 접촉할 수 있다. 금속제 바닥은 구리, 알루미늄, 스테인리스 강 및/또는 어떠한 적합한 열전도성 재료를 포함할 수 있다. 분말, 물 및 가스 유입 및/또는 연결은 플러그 앤 플레이 기능 (plug-and-play functionality) 뿐만 아니라 핫 스와핑 (hot-swapping) 하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 가동 호스 배관 및/또는 가요성 리드 시스템은 고화장치 및/또는 다른 장비의 이동을 가능하게 한다. 고화장치는 용융물 표면에 대해 아래에서 본 상부 및/또는 측면에 장착되는 용융물 검출 시스템을 가질 수 있다. 고화장치는 별개의 휠을 가질 수 있거나 또는 레일 시스템위에 올라갈 수 있고, 가능하게는 제 3 레일 장치에 의해 통전될 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 도 1 에 도시된 바와 같이, 3 단계의 결정화 장치 (8) 는 용융 장치 (10), 유지 장치 (70) 및/또는 고화 장치 (104) 를 포함할 수 있다. 용융 장치 (10) 는 고형 규소 공급원료를 유지하기 위한 메시 패드 (26) 를 포함할 수 있다. 공급원료는 로더 지지체 (36) 에 의해 보조되는 기다란 부재 (34) 를 가진 탑재 기구에 배치될 수 있다. 탑재 기구는, 그 사이에 중간 위치 (42) 를 가진 제 1 위치 (38) 와 제 2 위치 (40) 사이에서 이동가능할 수 있다. 탑재 기구는 제어된 분위기를 유지하기 위한 1 개 이상의 도어 또는 환경 락 (46) 을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 용융 장치 (10) 는 열 공급원 (12), 전달 장치 (14), 및 캐치 팬 (16) 을 포함할 수 있다. 용융 장치 (10) 는 불활성 가스 공급원 (44), 환경 락 (46), 관통구 (64), 슈트 (66), 챔버 접근 도어 (68) 및/또는 절연체 (48) 를 포함할 수도 있다.
열 공급원 (12) 은, 사이에 슬롯 (22) 을 가진 로드 (20) 및 슬롯식 플랫폼 (18) 을 포함할 수 있다. 열 공급원 (12) 은 커버 (24) 및 용융 영역 (32) 을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 열 공급원 (12) 은 서셉터 (62) 를 가진 가열기 (60) 를 포함할 수 있다.
전달 장치 (14) 는 기다란 부재 (34) 에 배치되는 뾰족부 (30) 를 가진 포크 (28) 를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 뾰족부 (30) 는 로드 (20) 사이에서 슬롯 (22) 안으로 하강될 수 있어서, 용융 영역 (32) 에 공급원료를 놓고/놓거나 배치할 수 있다.
캐치 팬 (16) 은 지지 구조체 (50), 절연체 (48), 경사진 바닥 (52), 배플 (54), 웨어 (weir) (56), 홈통 또는 스파우트 (58) 및/또는 가열기 (60) 를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 도 4 에 도시된 바와 같이, 유지 장치 (70) 는 유지 용기 (72), 적어도 하나의 가열기 (74), 이송 또는 경사 기구 (76), 불활성 가스 공급원 (88), 고화 영역 등으로의 홈통 또는 슈트 (94), 인터락 (95), 용융장치로부터의 개구부 (98), 퍼넬 (100) 및/또는 스플래쉬 쉴드 (102) 를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 유지 장치 (70) 는 유틸리티 등의 가요적이거나 신속한 연결부 (96) 를 포함한다.
유지 용기 (72) 는 제 1 깊이 (82), 제 2 깊이 (84), 출구 (78), 홈통 (80) 및/또는 뚜껑 (86) 을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 유지 용기 (72) 는 경사 기구 (76) 와 조합하여 고정 레그 (90) 및/또는 조절가능한 레그 (92) 에 의해 지지될 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이, 고화 장치 (104) 는 도가니 또는 용기 (106), 뚜껑 (108), 입력 포트 (110), 도가니 지지체 (112), 가열기 (114), 스테이션 접속 지점 (116), 히트싱크 (118) 및/또는 채널 (120) 을 포함할 수 있다. 고화 장치 (104) 는 또한 상 및/또는 하 운동 등을 위한 경사 기구 또는 배출 기구 (122), 시드 결정 (124), 용융물 검출 시스템 (126), 상부 가열기 (128), 바닥 가열기 (130), 금속제 플레이트 또는 바닥 (132) (예를 들어, 구리), 열교환 (hex) 블럭 (134), 절연 셔터 (136), 진공 공급원 (138) 및/또는 불활성 가스 공급원 (140) 를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 도 7 에 도시된 바와 같이, 3 단계 주조 장치 (8) 는 1 개 이상의 제조 라인 (142) 등을 형성하도록, 용융 장치 (10), 유지 장치 (70) 및/또는 1 개 이상의 고화 장치 (104) 를 포함할 수 있다. 용융 장치 (10) 및 유지 장치 (70) 는 단일 유닛 (144) 으로 조합할 수 있다. 고화 장치 (104) 는 반경방향으로 배치된 형상 (146) 및/또는 선형으로 배치되는 형상 (148) 일 수 있다. 이러한 장치는 휠 및 레일상에서 이동하거나 회전할 수 있다. 이러한 장치는, 예를 들어 제 3 레일 (150) 에 의해 통전될 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 본원은 고순도 규소를 제조하기 위한 용융 장치를 포함한다. 이러한 장치는 고형 공급원료를 용융시키는 열 공급원, 이러한 고형 공급원료를 열 공급원에 공급하는 전달 장치, 및 열 공급원으로부터 용융 공급원료를 수용하고 또한 용융 공급원료를 유지 장치 및/또는 추가 처리를 위해 유동시키는 캐치 팬을 포함할 수 있다.
용융 장치는, 오염물을 저감시키도록, 고순도 성분으로 형성되고/형성되거나 제조되는 고형 공급원료 또는 용융 공급원료와 접촉하는 표면을 포함할 수 있다. 고순도 성분은 실리카, 융해 실리카, 및/또는 용융 규소에 대하여 적어도 부분적으로 불활성인 어떠한 다른 물질을 포함할 수 있다. 용융 장치는 실질적으로 연속적으로 및/또는 어떠한 다른 적합한 주기로 작동할 수 있다.
열 공급원은 대류, 전도, 유도 저항 및/또는 복사 등을 사용하여 고형 공급원료를 용융시키기 위한 어떠한 적합한 장치를 포함할 수 있다. 이러한 열 공급원은 저항성 가열기, 유동 가열기 및/또는 고형 공급원료 및/또는 용융 공급원료 등의 재료의 온도를 증가시키기 위한 어떠한 다른 기구를 포함할 수 있다. 열 공급원은 일반적으로 사각형 및/또는 일반적으로 정사각형 등의 어떠한 적합한 크기 및/또는 형상을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 열 공급원은 이러한 열 공급원의 상부에 대하여 배치된 저항성 가열기를 포함한다. 열 공급원은 일반적으로 평행한 개방 슬롯, 기다란 개구부 및/또는 슬릿 등의 슬롯식 플랫폼을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 슬롯은 전달 장치의 분리를 가능하게 하고/가능하게 하거나 용이하게 하도록, 일단부에서 개방될 수 있다. 열 공급원은 공급원료를 담기 위한 노상 (hearth) 영역 주변의 립 또는 측벽을 포함할 수 있다. 열 공급원은 1 개 이상의 가열기를 포함할 수 있다. 선택적으로, 슬롯식 플랫폼은 탄소 저항성 가열기 등의 1 개 이상의 가열기를 포함한다. 열 공급원은, 탄화 규소, 흑연 및/또는 어떠한 다른 적합한 글로우 바 유형의 재료 등의 일반적으로 평행한 형상의 다수의 로드를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 로드는 고형 공급원료가 용융되어 그 사이에서 낙하하도록 제어된 온도에 있을 수 있다. 로드는, 일반적으로 전달 장치 맞은편의 일 단부 등의 어떠한 적합한 위치에서 지지될 수 있다.
선택적으로, 로드는 석영, 융해 실리카 및/또는 어떠한 적합한 재료 등의 보호 커버를 포함한다. 어떠한 적합한 개수의 로드 및/또는 슬롯, 예를 들어 적어도 약 6 개의 로드가 있을 수 있다. 열 공급원 및 주변 영역은 규소의 용융점에 및/또는 그 이상에, 예를 들어 약 1420℃ 등에 유지될 수 있다. 바람직하게는, 열 공급원은 로드로의 및/또는 로드를 통한 전달 장치의 접근 등을 위해 분리되고/분리되거나 하강되는 적어도 하나의 측면을 구비한다.
열 공급원은, 예를 들어 용융 장치의 1 개 이상의 측면 및/또는 바닥에 대하여 배치되는, 바람직한 다른 가열기를 포함할 수 있다. 열 공급원은, 열 손실을 저감하기 위해서, 어떠한 적합한 양, 위치 및/또는 유형의 절연체를 포함할 수 있다. 적합한 절연체는, 강성 탄소, 탄소 섬유 복합재, 알루미나 또는 탄소 펠트, 흑연, 융해 실리카, 탄화 규소 및/또는 바람직하게는 용융 규소에 대하여 적어도 부분적으로 불활성이고 또한 충분한 열전도성 및/또는 열저항성을 가진 어떠한 다른 물질을 포함할 수 있다. 열 공급원은 고형 공급원료 내지 용융 공급원료를 가열하기 위해서 1 개 이상의 용융 영역을 포함할 수 있다.
고형 공급원료는 규소 및/또는 어떠한 다른 적합한 재료를 포함할 수 있다. 고형 공급원료는 어떠한 적합한 크기 및/또는 형상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하지만 필수적이지는 않지만, 고형 공급원료는 적어도 2 센티미터 ~ 약 30 센티미터, 예를 들어 5 센티미터의 평균 입자 크기를 포함한다. 고형 공급원료는 펠트화될 수 있고, 크기로 압착될 수 있으며, 분류될 수 있고/있거나 다른 크기결정 또는 분류될 수 있다. 고형 공급원료는 분말을 포함할 수 있거나 또는 대안으로 분말을 배제할 수 있다.
대부분의 공통의 공급원료 형태는 U 형상의 폴리결정 로드 또는 방향성 고형화된 태양 등급의 규소로부터 유도되는 규소 덩어리를 포함할 수 있다. 규소 덩어리는 오염물 및/또는 불순물을 최소화고자 하는 필요성 및 소망으로 관리하기가 특히 어려울 수 있다. 순도를 유지하기 위해 규소와 접촉하는 적합한 재료는, 예를 들어 융해 실리카, 석영, 질환 규소 및/또는 탄화 규소를 포함할 수 있다. 이러한 적합한 재료는 취성일 수 있고 또한 적합한 장치 및/또는 공구를 형성하기가 어려울 수 있다. 이러한 이유로, 통상의 규소 노 작동은, 규소가 노 안에 탑재된 후 용용될 수 있는 취약한 도가니안에 규소 덩어리를 수동으로 배치하는 것을 포함한다. 규소 덩어리를 용융시키는 일 실시형태에 따라서, 이러한 공정은, 먼저, 규소를 포크 또는 탑재 트레이에 탑재한 후, 용융 노상에 가능한 한 손상을 주지않고/주지않거나 적어도 저감시키는 완만한 이동을 사용하여, 이 규소를 노의 고온 영역으로 이송하는 것을 포함한다. 용융 노상은 평평한 노상 및/또는 굴곡진 노상 또는 공급원료가 열에 노출될 수 있는 위치를 포함할 수 있다.
공급원료 도입을 위한 다른 옵션으로는, 먼저 재료 덩어리를 더 작은 피스로 압착한 후, 세라믹의 무결성과 상당히 덜 관련된 도가니에 탑재될 수 있다. 불행하게도, 이러한 압착은 비용 효과적으로 또한 오염물을 유발하지 않고 깨끗하게 수행하기가 어려운 공정일 수 있다. 다른 가능성으로는, 유동층 반응기를 사용하여 제조되는 바와 같이, 분말 또는 비드 공급원료를 사용하는 것이다. 비드 및/또는 분말 공급원료는 추가의 재료 처리 장치 및/또는 기술을 가능하게 할 수 있다. 하지만, 비드 및/또는 분말 공급원료에 대한 주요 단점은, 예를 들어 체적에 대한 산화물의 높은 표면비로 인해, 1) 이용가능성 및 2) 용융의 곤란함을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 재료가 전달되어 용융되면, 정제 캐치 트레이 또는 팬을 통하여 유지 용기안으로 유동시키게 된다. 바람직하게는, 캐치 트레이 또는 팬은 적어도 2 가지 기능을 수행한다. 첫번째로, 용융되지 않은 규소가 캐치 트레이안으로 빠져나갈 때, 캐치 트레이는 작은 체적의 액체 규소, 예를 들어 약 30 ㎏ 미만을 유지하는 웨어 (즉, 배리어 또는 배플) 를 포함할 수 있다. 진행하기 위해서, 액체 규소는 상기 웨어 아래에서 유동할 수 있다. 고형 규소는 낮은 밀도로 인해 액체 규소에서 부유한다. 그리하여, 어떠한 고형 규소는 용융될 때까지 웨어에 의해 포획될 수 있다. 유사하게, 저밀도 외부 물질은 캐치 트레이의 액체 표면에 모아질 수 있고 또한 유지 용기로의 관류가 방지될 수 있다.
액체 규소가 웨어 아래에서 통과한 후에, 이 액체 규소는 상승되어, 액체 규소를 유지 용기에 전달할 수 있는 홈통 또는 턴디시안으로 유동하도록 제 2 배리어를 넘어 누출될 수 있다. 상기 제 2 배리어는, 캐치 팬의 바닥에서 고밀도 입자를 집속하고 또한 이러한 입자가 유지 용기안으로 유동하는 것을 방지하는 집수통 (sump) 처럼 작용하는 캐치 팬 시스템을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 스필-오버 배리어에 대하여 용융 공급원료를 유동시키는 것은, 입자 또는 오염물이 침전하는 것을 차단할 수 있다.
시간 경과에 따라 불순물 및 외부 입자의 축적으로 인해, 캐치 팬은 부유 및/또는 침전 아이템을 종종 퍼징할 필요가 있을 수 있고, 이는 배수부를 사용하여 또는 캐치 팬을 교체함으로써 실시될 수 있다. 캐치 팬의 배수부는 측면, 바닥 및/또는 어떠한 다른 적합한 위치로부터 재료를 배출할 수 있다. 바람직하게는, 하지만 필수적이지는 않지만, 배수부는 주조 공정시 작동될 수 있다.
선택적으로, 장치는 규소 덩어리를 유지하는 메시 등의 고형 공급원료를 위한 유지 또는 실행 (staging) 영역을 포함할 수 있다. 고형 공급원료는, 스쿠핑 (scooping), 셔블링 (shoveling), 수동 배치, 로봇으로 배치, 적층, 배열 및/또는 규소 공급원료를 이송하는 어떠한 다른 공정 등의 어떠한 적절한 방식으로 전달 장치상에 탑재될 수 있다. 본 장치 및 대응하는 방법은, 예를 들어 환경 락 등이 없이, 고온 영역에 대하여 연결된 불활성 분위기하에서 로봇으로 포크를 탑재하는 것을 포함할 수 있다.
전달 장치는 고형 공급원료를 열 공급원에 및/또는 그에 대하여 공급하고/공급하거나 전달하기 위한 어떠한 적합한 장치 및/또는 기구를 포함할 수 있다. 전달 장치는 보행식 빔, 회전 튜브, 회전식 공급기, 진동식 공급기, 슈트 및 도어 기구, 가동 트레이, 푸싱 바, 및/또는 어떠한 다른 계량 시스템을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 전달 장치는, 추가의 고형 공급원료를 열 공급원에 공급하기 위한 가변 속도를 포함한다.
일 실시형태에 따라서, 전달 장치는 1 개 이상의 기다란 부재 또는 폴의 일 단부에 배치된 포크 또는 포크 로더를 포함한다. 포크 및/또는 갈퀴는, 고형 공급원료의 1 개 이상의 피스를 지지하기 위한 다수의 일반적으로 평행한 뾰족부를 포함한다. 이러한 포크는 어떠한 적절한 개수의 뾰족부를 포함할 수 있고 또한 어떠한 적절한 길이를 구비할 수 있다. 바람직하게는, 하지만 필수적이지는 않지만, 뾰족부 각각은 열 공급원의 하나의 슬롯에 대응한다. 뾰족부들의 간격은, 예를 들어 열 공급원의 1 개 이상의 슬롯 사이의 뾰족부를 통과하도록 할 수 있다. 포크의 뾰족부는, 일반적으로 오목한 위치를 형성하도록 이 뾰족부 길이의 약 절반부의 굴곡부 등의 어떠한 적합한 형상을 포함할 수 있다. 일반적으로 오목한 위치는, 이동시 공급원료가 포크를 벗어나서 회전하지 못하도록, 탑재 기구상에 공급원료를 유지하거나 놓이도록 보조하고/보조하거나 도움을 줄 수 있다.
전달 장치는 측방 경사 및/또는 비틀림을 방지하고/방지하거나 저감시키도록 2 개의 기다란 부재를 포함할 수 있다. 전달 장치는 공급원료의 전달 등을 위한 로더 지지체를 포함할 수 있다.
전달 장치는, 예를 들어 전방 또는 후방 및/또는 상방 또는 하방으로 이동할 수 있는 능력을 포함할 수 있다. 포크는 고형 공급원료를 탑재하는 제 1 위치와, 고형 공급원료를 열 공급원에 전달하는 제 2 위치 사이에서 이동가능하고/이동가능하거나 위치가능할 수 있다. 바람직하게는, 하지만 필수적이지는 않지만, 포크는, 고형 공급원료를 주변 온도 이상으로 가열하거나, 고형 공급원료를 건조, 예열 및/또는 탈가스시키도록, 중간 위치로 이동가능하다.
일 실시형태에 따라서, 용융 장치는 이러한 장치로부터 오염물을 배출하기 위한 적어도 하나의 불활성 가스 공급원을 포함한다. 바람직하게는, 산소는, 규소 및/또는 절연체의 산소 공격을 저감시키고/저감시키거나 방지하도록, 불활성 가스에 의해 시스템으로부터 배출된다. 바람직하게는, 용융장치는 정상 작동을 위한 2 가지 방법 중 하나로 작동할 수 있다. 재료는, 적합한 진공 (예를 들어 약 0.1 mBar 보다 작음) 으로 펌핑되는 탑재 락으로 도입된 후 다시 불활성 가스로 충전될 수 있거나, 또는 재료는 로봇 또는 자동 장치에 의해 전달 장치안에 탑재되는 불활성 포위부안으로 폐기된 후 유출하는 불활성 가스와 함께 터널을 통하여 고온 영역안으로 간다. 불활성 가스는 질소, 아르곤, 크세논, 헬륨 및/또는 용융 규소 및/또는 다른 주조 재료 또는 절연 재료에 대하여 어떠한 다른 비교적 안정적인 분자 등의 어떠한 적합한 물질을 포함할 수 있다.
전달 장치는 불활성 분위기 또는 제어된 분위기를 유지하기 위해서 1 개 이상의 도어 또는 배리어 등의 환경 락 및/또는 인터락 도어를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 환경 락은, 그 사이에 일 영역을 가진 적어도 2 개의 도어를 포함한다.
캐치 팬은 어떠한 적합한 크기 및/또는 형상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 캐치 팬은 열 공급원의 바닥에 대하여 적어도 일반적으로 정렬되고/정렬되거나 일치된다. 캐치 팬은 일반적으로 사각형 및/또는 정사각형일 수 있다. 캐치 팬은 용융 공급원료를 배출하기 위한 경사진 바닥을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 캐치 팬은, 비용융 공급원료를 여과하고/여과하거나 이를 후속의 처리 단계로 유동하지 못하도록 하여 그 후에 스필-오버 배리어에 의해 중량의 침전물이 진행하는 것을 방지하도록, 적어도 하나의 배플, 웨어 및/또는 다른 유동 변형 장치를 포함한다. 대안으로, 배플 및/또는 웨어는 개별적으로 및/또는 조합하여 소망하는 체류 시간 및/또는 체적을 제공한다. 배플은, 예를 들어 주조 진행부의 일 단부에 공급원료의 고형 블럭이 형성되지 못하도록, 바닥에 1 개 이상의 배출구를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 캐치 팬은 주입 스파우트, 홈통, 사이펀 튜브, 플런저, 턴디시 및/또는 어떠한 적합한 이송 장치를 포함한다. 홈통은 단부로부터 바로 유동하도록 단부가 개방될 수 있다. 대안으로, 홈통은 단부 캡과, 구멍을 통하여 유동하도록 바닥의 단부 캡 근방에 배치되는 구멍을 포함할 수 있다. 캐치 팬은 캐치 팬의 바닥 또는 수용 접시부에 위치되도록 1 개 이상의 챔버 접근 도어를 포함할 수 있다. 캐치 팬 및 어떠한 홈통 또는 트레이로부터의 유출은, 배출 오리피스로 덜 예측가능한 시트 또는 드립 유동 조건 대신에, 배출 스트림에 대한 플러그 유동 조건이 가능하도록 바람직하게 구성된다.
캐치 팬은 측면상에 어떠한 적합한 절연체 및/또는 지지 구조체를 포함할 수 있다. 캐치 팬은 공급원료를 용융 상태로 유지하기 위해서 캐치 팬의 경사면 아래에 배치된 가열기 등의 어떠한 적합한 가열기를 더 포함할 수 있다. 캐치 팬은, 예를 들어 절연체 및/또는 슈트를 가로질러 또는 이를 통하여 유지 용기로 가도록 관통구를 포함할 수도 있다.
일 실시형태에 따라서, 본 발명은 고순도 규소용 고형 공급원료를 용융시키는 방법을 포함한다. 용융 방법은, 고형 공급원료를 제공하는 단계, 전달 장치로 고형 공급원료를 열 공급원에 공급하는 단계, 열 공급원으로 고형 공급원료를 용융하는 단계, 및 용융 공급원료를 다른 처리 또는 실행을 위해 유동시키기 위해 캐치 팬의 열 공급원으로부터 용융 공급원료를 수용하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 용융하는 단계는 재료의 온도를 이 재료의 용융점 이상으로 증가시키는 것을 포함한다. 상기 용융하는 단계는, 실질적으로 연화 및/또는 일반적으로 고형 또는 비유동 상태를, 일반적으로 액체 또는 유동 상태로 변경하는 상태를 포함할 수 있다. 고형 공급원료는 산화물 개시 재료로부터 적어도 부분적으로 정제된 규소 등의 어떠한 적합한 재료를 포함할 수 있다. 상기 용융하는 단계는은 저항성 가열기, 유도 가열기 및/또는 어떠한 다른 적합한 장치를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 상기 용융하는 단계는 고형 공급원료와 다수의 로드의 접촉 및 적어도 하나의 슬롯을 통한 용융 공급원료의 유동을 포함할 수 있다.
상기 제공하는 단계는 공급 및/또는 미리 형성하는 것을 말한다. 일 실시형태에 따라서, 상기 제공하는 단계 또는 공급하는 단계는 제 1 위치에서 포크상에 고형 공급원료의 1 개 이상의 피스를 배치하는 것, 기다란 부재에 의해 포크를 열 공급원에 대하여 제 2 우치에 이동시키는 것을 포함한다. 포크는 기다란 부재의 일 단부에 배치될 수 있다. 본 방법은 포크의 적어도 하나의 뾰족부를 열 공급원의 1 개 이상의 슬롯안으로 하강시켜, 핑거 및/또는 로드상에 공급원료를 놓도록 열 공급원의 핑거에 고형 공급원료를 배치시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은, 일반적으로 후방 운동 및/또는 후방-상방 조합 운동으로, 포크를 열 공급원으로부터 인출하거나 후방으로 당기는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 포크는, 상부로부터 두드림으로써, 고형 공급원료를 로드와 접촉시키는데 사용될 수 있다.
이동시키는 단계는, 1 개 이상의 환경 락 및/또는 도어를 통과하고/통과하거나 개방시키는 것을 포함할 수 있다. 본 방법은, 수분 함량을 제거하도록, 중간 위치에서 고형 공급원료를 주변 온도 이상으로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 본 방법은 불순물을 방지하고/방지하거나 산소를 배출시키도록 장치의 적어도 일부에 불활성 가스를 유동시키고/유동시키거나 공급하는 것을 포함한다.
대안으로, 본 방법은, 전달 장치가 보행식 빔 (일반적으로 주기적인 선형 운동), 회전 튜브 (드럼 플라이트 및/또는 배플을 포함할 수 있음), 회전식 공급기 (에어락), 진동식 공급기 (자기 구동됨), 슈트 및 도어 기구 (선택적으로 지그재그 형상을 가진 트랩 도어), 가동 트레이, 푸싱 바, 및/또는 어떠한 다른 적합한 장치를 구비하는 형상을 포함할 수 있다.
본 방법은, 용융 공급원료가 유지, 고화 또는 주조를 포함하는 추가의 처리 또는 실행을 위해 유동하도록, 캐치 팬의 열 공급원 또는 가열기로부터 용융 공급원료 또는 일반적으로 액체 재료를 수용하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 수용하는 단계는 경사면 하방으로 유동하는 것을 포함한다. 수용하는 단계는, 슬롯을 통하여 미끄러질 수 있는 비용융 공급원료 등의 부유하는 비용융 공급원료의 피스를 여과하거나 정지시키도록 배플 또는 웨어에 대하여 용융 규소를 유동시키는 것을 포함할 수 있다. 대안으로, 본 방법은 캐치 팬으로부터의 용융 공급원료를 1 개 이상의 유지 용기로 이송하는 것을 포함한다.
일 실시형태에 따라서, 이송하는 단계는, 주입 스파우트, 사이펀 튜브, 플런저, 홈통, 턴디시 및/또는 어떠한 다른 적합한 장치를 통하여 및/또는 이를 가로질러 용융 공급원료를 유지 장치 등으로 유동시키고/유동시키거나 배향시키는 것을 포함한다.
일 실시형태에 따라서, 본 발명은 고순도 규소의 제조 일부인 유지 장치를 포함한다. 유지 장치는 고순도 환경에서 용융 규소를 축적하고, 상기 욕 (bath) 을 특정 온도에 유지한 후, 규소의 전체 배치 (batch) 를 단시간에 고화 장치로 전달하도록 구성될 수 있다. 유지 장치는 용융 공급원료를 수용하는 출구를 가진 유지 용기, 적어도 하나의 가열기, 및 용융 공급원료를 추가의 처리 또는 실행하기 위해 유동시키는 경사 또는 이송 기구를 포함할 수 있다.
유지 용기는 어떠한 적합한 크기 및/또는 형상을 포함할 수 있고, 유지 도가니를 포함도록 구성되며, 또한 용융장치로부터의 재료의 유입 및 다른 위치 또는 공정으로의 재료의 유출을 가능하게 하도록 구성된다. 유지 용기 또는 도가니는 융해 실리카 등의 어떠한 적합한 재료를 포함할 수 있다. 유지 도가니는, 깊이를 가진 제 1 단부와, 증가된 깊이를 가진 제 2 단부를 포함할 수 있고, 또한 오염물 저감에 도움을 주는 관련 뚜껑을 구비할 수 있다. 이러한 깊이는 어떠한 적합한 치수일 수 있고, 증가된 깊이는, 예를 들어 제 1 단부의 깊이의 적어도 약 2 배인 어떠한 적합한 치수일 수 있다. 대안으로, 유지 도가니 및/또는 용기는 유지 용기 내의 어떠한 위치에 대하여 동일한 깊이를 포함한다. 유지 도가니는, 일반적으로 사각형, 정사각형, 장방형, 풋볼 형상 및/또는 적어도 다소 에그 형상일 수 있다. 재료의 제어된 주입을 가능하게 하는 스파우트 또는 배출구를 가지는 것이 바람직하고, 또한 예를 들어 탄소 복합재 지지 구조체에 의해 도가니의 기계적 무결성을 보장하도록 충분히 지지되어야 한다.
유지 용기는 퍼넬, 스파우트, 홈통, 턴디시, 유지 용기의 벽을 관통하는 포트 및/또는 용융 공급원료를 제거하거나 배출하기 위한 어떠한 다른 적합한 장치 등의 1 개 이상의 출구를 포함할 수 있다. 유지 장치는 공정으로부터 산소를 배출하기 위한 적어도 하나의 불활성 가스 공급원을 포함할 수 있다. 유지 장치는 용융 장치 및/또는 캐치 팬과 유체 연통하는 개구부를 포함할 수 있다.
이송 또는 경사 기구는, 유압식 리프트, 공압식 리프트, 기계식 리프트, 나사, 가위형 잭 형상 및/또는 유지 장치의 적어도 일측에서 상승 및/또는 하강시키도록 어떠한 다른 기구 등의 어떠한 적합한 장치를 포함할 수 있다. 일 실시형태에 따라서, 경사 기구는 일 단부를 하강 및/또는 상승시키는 바이 (buy) 등의 유지 용기의 일 단부의 높이를 변경시키도록, 제 1 일반적으로 고정 레그 및 제 2 조절가능한 레그를 포함한다. 상기 레그들은 유지 용기를 흔들고/흔들거나 그렇지 않으면 지지할 수 있다. 대안으로, 전체 유지 장치는, 전체 조립체를 경사지게 함으로써, 유지 용기를 배출시키는데 사용될 수 있다.
바람직하게는, 이송 기구는 고화 용기와의 적합한 연결 및/또는 유체 연통없이 작동하지 못하도록, 인터락을 포함한다.
유지 장치는, 유지 용기에서부터 고화 장치까지의, 스파우트, 퍼넬, 스플래시 쉴드, 홈통 및/또는 용융 공급원료를 이송 및/또는 유동시키는 어떠한 다른 적합한 장치를 더 포함할 수 있다. 유지 장치는 도펀트 공급원을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 상기 다양한 용융, 유지, 고화 및 이송 공정시, 규소가 넘치거나 누출될 잠재성을 없애기 위해서, 시스템의 전체에 걸쳐 잠재적인 누출 경로 아래에 위치되는 캐치 수용체, 트레이 및/또는 라이너의 시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 캐치 수용체는, 용융 규소에서 용해되지 않고, 고온에서 탈가스되지 않으며 또한 수밀하게 제조될 수 있는 재료로 이루어진다. 이러한 하나의 재료로는 누출물 용기를 위한 적합한 형상으로 성형될 수 있는 탄소 섬유 복합재를 포함할 수 있다. 용융 장치, 유지 장치 및/또는 고화 장치는 캐치 수용체 또는 누출 라이너의 어떠한 적합한 개수, 크기 및/또는 형상을 포함할 수 있다. 본원의 장치를 사용하는 방법은, 누출된 용융 공급원료 또는 용융 규소를 포획하는 것을 포함할 수 있고/포함할 수 있거나 캐치 수용체와 함께 통상의 처리 경로 외부로 방출될 수 있다. 본원의 어떠한 장치는 용융 공급원료의 누출물을 담는 탄소 섬유 복합재 캐치 수용체를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 유지 장치 및/또는 용융 장치는 1 개 이상의 휴대 및/또는 이동 장치를 포함하고, 그럼으로써, 유틸리티용 가요적인 연결부, 신속 연결부 및/또는 신속 분리부와의 위치 사이에서 이동가능하게 된다. 신속한 연결부는, 일반적으로, 누수없이, 연결하기 위한 추가의 공구를 필요로 하지 않는다. 신속한 연결부는, 분리시 누출되지 않도록, 수동 및/또는 자동 차단 밸브를 포함할 수 있다. 신속 연결부는, 폭넓게, 전기, 냉각수, 불활성 가스, 유압, 공압, 계측, 및/또는 어떠한 다른 적합한 유틸리티 및/또는 공정 연결부를 포함할 수 있다.
대안으로, 장치의 어떠한 이동부의 연결부는, 그 유틸리티를 분리하지 않고 장치를 이동시키도록 하는 가요적인 방식으로 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서는, 고화장치가 규소 충전물을 수용하도록 용융장치로 이동하면서 단시간에 유틸리티로부터 분리시킴으로써 작동될 수 있는, 아이디어로 신속 연결을 사용하는 것이 기재되어 있다. 이상적으로, 분리 시간은, 예를 들어 용기의 과열을 방지하도록 약 5 분을 초과하여 지속하지 말아야 한다. 분리 유틸리티는, 이러한 구성이 고형장치에 대하여 상당한 이동 거리를 요구할 때 편리할 수 있다. 짧은 이동 거리만이 관련되면, 가요성 연결부를 실행할 수 있다. 유사하게, 용융장치 및 유지장치가 고정 고형장치를 공급하기 위한 유닛 (일체 장치) 으로서 이동할 수 있는 일 실시형태에 있어서, 작동시 연속적으로 공급하도록 하면서, 가요적인 구성의 유틸리티로 용융장치/유지장치를 공급하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 가요적인 구성은, 전력용 제 3 레일 형상 (2 개의 다른 레일을 따라 안내함을 가정), 가요적인 물 공급 라인, 파이프 및/또는 호스, 및 체류 진공 펌프 (예를 들어, 용기를 포함하는 이동 플랫폼상에서) 로 실시될 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 본 발명은 고순도 규소의 제조의 일부로서 유지 장치를 사용하는 방법을 포함한다. 유지 장치를 사용하는 방법은, 용융 공급원료를 유지 용기안에 수용하는 단계, 용융 공급원료를 공급원료의 용융점 이상에 유지하는 단계, 및/또는 출구를 통하여 용융 공급원료를 이송하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 하지만 필수적이지는 않지만, 상기 유지하는 단계는 용융 공급원료를 과열하는 것을 포함한다. 과열은 재료의 내부 에너지 (현열) 를 용융점 이상, 예를 들어 적어도 약 5 도 이상 약 100 도 이하로 추가하고/추가하거나 증가시키는 것을 포함한다. 과열된 재료는, 규소의 용융점 아래의 온도를 가진 터널 또는 영역을 통하여 배치되거나 이송될 때, 수율을 최대화하고/최대화하거나 막힘을 방지하도록, 후속의 이송 및/또는 처리에 유용할 수 있다. 대안으로, 과열된 재료는 고화 장치에서 시드 결정의 일부를 용융시킬 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 수용하는 단계는 적어도 일반적으로 연속적으로 발생하고, 이송하는 단계는 적어도 일반적으로 주기적으로 발생한다.
이송하는 단계는, 예를 들어 경사 기구를 가진 유지 용기를 기울이는 것을 포함할 수 있다. 본 방법은, 전술한 바와 같이, 유지 장치로부터 오염물을 제거하기 위해서 불활성 가스를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 특히, 불활성 가스의 새로운 공급은, 유지 용기의 일 단부에서 공급되는 것이 바람직하고 또한 용융 체적의 표면에 걸쳐 유동한다. 바람직하게는, 유지 용기상의 뚜껑은 주변 가스의 상호혼합을 방지하도록 상기 유동을 포함하고 배향시키는 것을 보조한다. 마지막으로, 용융물로부터 증발하는 어떠한 SiO 분자를 포획하도록, 도가니의 먼 측면으로부터 빠져나온 후에 가능한 한 신속하게 또한 바로 규소를 휩쓸어가는 불활성 가스를 배출하는 것이 바람직하다. SiO 분자는 다른 노 구성품과 작용하여, 노 구성품의 수명을 감소시키고, 또한 규소의 불순물 공급원일 수 있는 다른 가스를 발생시키기 때문에, SiO 를 제거하는 것은 유리하다. 이러한 동일한 가스 제어 구성은 고형장치에서도 바람직할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 본원은 고순도 규소를 제조하는 고화 장치에 관한 것이다. 이러한 고화 장치는 홈통으로부터 용융 공급원료를 수용하는 주조 도가니 또는 주조 용기, 적어도 하나의 가열기 및/또는 적어도 하나의 히트싱크를 포함할 수 있다.
도가니는 어떠한 적합한 크기 및/또는 형상, 예를 들어 일반적으로 정사각형, 일반적으로 사각형 및/또는 일반적으로 둥근형을 포함할 수 있다. 주조 도가니의 크기는 최종 주조된 규소 잉곳의 크기일 수 있다. 선택적으로, 도가니 또는 용기는, 고화시, 예를 들어 상부가 고형물로 되기 전에, 불순물 함유 재료를 배출하고/배출하거나 제거하기 위한 홈통 및/또는 채널을 포함할 수 있다. 대안으로, 도가니는 불순물 함유 재료를 스크랩 용기안으로 주입하고/주입하거나 배출하도록 스파우트 및/또는 V 형상을 포함한다. 이러한 배출하는 공정은, 결정 재료의 표면을 가로질러 및/또는 이 표면에 대하여 이동시키는 등, 와이퍼 및/또는 갈퀴의 사용으로 더 보조될 수 있다.
불순물 함유 재료를 고화하기 전에 배출하고/배출하거나 주입함으로써, 예를 들어 상부로 분리된 빠르게 확산하는 불순물이 냉각시 고형 규소 생성물안으로 하방으로 이동하는 것을 방지하여, 완성된 잉곳의 불순물을 저감시킬 수 있다. 액상으로의 불순물의 분리물 (규소의 정제) 은, 대부분의 불순물 (금속, 탄소, 질소 및 일부 불순물) 이 결정 규소에서 저용해성을 가지고 또한 잔류 용융상에 집속하고/모이기 때문에, 양호한 방향성 고화물의 천연부일 수 있다. 불순물이 상부로 이동되자마자, 용융 재료의 일부, 예를 들어 전체 규소 체적의 0.1 ~ 10% 를 제거하는 것이 유리할 수 있고, 여기서 잉곳에 대한 상기 제거된 재료의 불순물의 비는 전체적으로 약 2x ~ 약 10,000,000x 일 수 있다.
고화 장치는, 고화시 도가니 또는 용기를 경사지게 하도록 배출 장치를 포함할 수 있다. 이러한 배출 장치는 경사 기구에 대하여 일반적으로 전술한 바와 같은 장치를 포함할 수 있다. 대안으로, 배출 기구는 고화 기구 및/또는 스테인션을 경사 또는 사면까지 회전시켜 도가니의 각을 변경하고 채널안으로의 배출시킨다. 고화 장치는 진공 밀봉식 인터락 도크 (dock)/언도크를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 고화 장치는 바닥 및/또는 1 개 이상의 측면 등의 도가니의 표면에 대하여 배치된 적어도 하나의 시드 결정을 포함할 수 있다. 선택적으로, 이러한 시드 결정은 하나의 일반적으로 균일한 배향을 포함할 수 있고/있거나 예를 들어 경사진 배열 또는 상이한 배향을 포함할 수 있다.
다른 실시형태에 따라서, 규소를 고화시키는 방법은, 유리한 결정을 가진 잉곳을 생성하도록, 결정 규소 시드 재료로 도가니의 바닥 및 도가니의 적어도 하나의 벽을 덮는 것을 포함한다. 바람직하게는, 모든 4 개의 벽은 바닥과 함께 시드 결정과 정렬될 수 있다. 시드 재료를 가진 도가니는 고화 용기에 탑재되어 규소 컵을 형성할 수 있다. 액체 규소는, 이러한 액체 규소 공급원에 부착되자마자, 상기 규소 컵내에 주입될 수 있다. 이러한 방식으로, 액체 규소와 도가니 이형 코팅의 접착이 최소화되고, 무작위 입자의 생성이 제거되며, 그럼으로써 예를 들어 개선되고/개선되거나 거의 완벽한 결정 잉곳을 유발한다. 잉곳의 측면 및 바닥은 다수의 사용을 위해 새로운 도가니에 절단되어 배치될 수 있다. 액체 규소의 과열은, 예를 들어 고화를 개시하기 전에, 시드 재료의 적은 부분을 다시 용융시킨다. 이러한 고화는 도가니의 1 개 이상의 측면으로부터 열을 제거함으로써 진행될 수 있다. 이러한 방법은, 도가니의 바닥 또는 적어도 하나의 측면을 적어도 실질적으로 덮도록 시드 결정을 배치하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방법은 도가니의 바닥 및 모든 내부 측면을 적어도 실질적으로 덮도록 시드 결정을 배치하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 용융장치, 유지 용기 및/또는 고화 장치는, 1 개 이상의 검출 시스템 또는 측정 시계 포트, 예를 들어 주조 공정을 광학적으로 검사하는 포트, 열전대, 온도 프로브, 휴대용 열전대, 적외선 카메라, 레벨 장치, 딥 로드, 플로트, 피로미터, 비디오 카메라, 레이저 검출 장치 및/또는 어떠한 다른 적합한 장치를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 고화 장치는 위치들 사이에서 이동가능한 휴대 장치를 포함하고 또한 유지 장치에 대하여 전술한 바와 같이 유틸리티용 가요성 또는 신속한 분리가능한 연결부를 포함한다. 선택적으로, 본원의 어떠한 장치는, 예를 들어 트랙 또는 가이드를 필요로 하거나 필요로 하지 않을 수 있는 휠을 가진 가동 구성을 포함할 수 있다. 본원의 장치는, 예를 들어 휠을 이동시키는 전동기 등의 적합한 구동력을 포함할 수 있다.
고화 장치 및/또는 스테이션은 어떠한 적합한 개수의 가열기를 포함할 수 있고, 예를 들어, 적어도 하나의 가열기는 상부 가열기, 바닥 가열기, 및/또는 측면 가열기를 포함한다. 예를 들어, 안전 및 작동 간단성의 이유로 저항성 가열 부재를 사용하는 것이 바람직하다. 고화 장치는 어떠한 적합한 도가니 지지체 및/또는 절연체를 포함할 수 있다. 고화 장치는 도펀트 공급원 및/또는 기구를 포함할 수 있다. 고화 장치는, 예를 들어 이러한 고화 장치의 상부 및/또는 측면에 위치되는 1 개 이상의 입구 및/또는 입구 포트를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 히트싱크는 도가니의 바닥에 대하여 배치 및/또는 위치되는 열전도성 금속제 플레이트를 포함한다. 바람직하게는, 히트싱크는, 예를 들어 공급원료로부터 융해 열을 제거하도록, 도가니 및/또는 용융 공급원료와 열적으로 연통한다. 고화 장치는 열교환 블럭 (Hex Block), 금속제 바닥, 가스 순환식 열교환기, 및/또는 절연 셔터를 포함할 수 있다.
고화 장치는 진공 공급원 및/또는 불활성 가스 공급원을 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 진공 공급원은, 예를 들어 이송 공정 및/또는 작동시 적용될 수 있다. 바람직하게는, 불활성 가스 공급원은, 예를 들어 고화시 적용될 수 있다. 고화 장치는 1 개 이상의 스테이션 접근 지점을 포함할 수 있고/있거나 휠 및 액슬에 장착될 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 본 발명은 고순도 규소를 제조하기 위한 용융 공급원료를 고화시키는 방법을 포함한다. 이러한 고화 방법은, 용융 공급원료를 제공하는 단계, 도가니에 용융 공급원료를 수용하는 단계, 도가니내의 온도를 제어하도록 가열기로 용융 공급원료에 열을 제공하는 단계, 및 용융 공급원료를 결정화하도록 적어도 바닥으로부터 공급원료를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 냉각은 1 개 이상의 측면 및/또는 상부를 통하여 실시될 수 있다.
상기 수용하는 단계는, 예를 들어 용융 장치 또는 유지 장치에서부터 도가니 또는 용기까지 용융 공급원료를 유동시키고, 주입하고/주입하거나, 이송하는 것을 포함한다. 이러한 용융 공급원료는 용융점에서 있고/있거나 충분한 양의 과열을 포함할 수 있다. 이러한 과열은, 예를 들어 고형물의 용융점 이상의 에너지양을 포함한다.
상기 고화 방법은, 예를 들어 용기들 사이에서 용융 공급원료를 유동시키고/유동시키거나 불활성 가스를 첨가하는 등의, 고화 장치를 유지 용기의 적어도 일부와 연결시키는 진공을 포함할 수 있다.
상기 고화 방법은, 유지 장치 또는 용융 장치로부터 고화 위치까지 고화 장치를 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하지만 필수적이지는 않지만, 본 방법은, 예를 들어 도펀트 공급원 및/또는 기구 등의 도펀트로 용융 공급원료를 도핑하는 것을 포함할 수 있다. 대안으로, 규소는 이미 도핑될 수 있다. 고화 방법은, 예를 들어 다결정 규소, 단결정 규소, 거의 단결정 규소, 기하학적 다결정 규소, 다결정 규소 및/또는 어떠한 다른 적합한 형태 또는 배향을 산출하고/산출하거나 형성하도록, 시드 결정의 존재하에서 고화된 생성물을 결정화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 본 발명은 3 단계 장치 등의 고순도 규소를 제조하는 장치를 포함한다. 이러한 장치는, 고형 공급원료를 용융 공급원료로 용융시키는 용융 장치, 상기 용융 장치로부터 용융 공급원료를 수용하는 유지 장치, 및 용융 공급원료를 고형 생성물로 고화시키는 적어도 하나의 고화 장치를 포함할 수 있다. 본 발명은, 적어도 별도의 용융 단계, 별도의 고화 단계 및/또는 선택적으로 별도의 유지 단계를 가진 통합 장치를 포함할 수 있다. 본 발명은, 2 단계 공정을 포함하고, 보다 바람직하게는 고순도 규소 등의 재료를 주조하기 위한 3 단계 장치 및 공정을 포함한다.
일 실시형태에 따라서, 용융 장치는 고형 공급원료를 열 공급원의 슬롯에 걸쳐 배치하기 위한 포크형 전달 장치를 포함한다. 일 실시형태에 따라서, 유지 장치는 유지 용기 및 이송 또는 경사 기구를 포함한다. 일 실시형태에 따라서, 고화 장치는 도가니, 가열기 및 히트싱크를 포함한다. 통합 장치는, 예를 들어 장치로부터 오염물을 배출하기 위한, 적어도 하나의 불활성 가스 공급원을 포함할 수 있다.
대안으로, 용융 장치 및 유지 장치는 단일 유닛 또는 장치에 결합된다. 일 실시형태에 따라서, 용융 장치, 유지 장치 또는 적어도 하나의 고화 장치 중 적어도 하나는 위치들사이에서 이동가능한 휴대 장치를 포함하고/포함하거나 유틸리티를 위한 신속한 연결부를 포함한다. 바람직하게는, 용융 장치 및/또는 유지 장치는 가동 단일 장치를 포함한다. 대안으로, 고화 장치는 가동 장치를 포함한다. 1 개 이상의 용융 장치는 용융 공급원료를 동일한 유지 장치에 공급할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 5 개의 고화 장치는 동일한 유지 장치로부터 충전될 수 있다. 장치의 어떠한 적합한 개수 및/또는 조합은 본원의 범위내에 있다.
일 실시형태에 따라서, 용융 장치는 일반적으로 연속 모드로 작동하고, 유지 장치는 일반적으로 반-일괄 모드로 작동하며, 고화 장치는 일반적으로 일괄 모드로 작동한다. 연속은 적어도 비교적 일정한 유동의 재료를 생성하는 것을 포함한다. 반-일괄은, 예를 들어 균일한 및/또는 불균일한 유동을 가지는, 적어도 비교적 주기적인 유동의 재료를 생성하는 것을 포함한다. 예를 들어, 재료는 연속적으로 수용될 수 있지만 별개로 나누어질 수 있고, 또는 그 반대일 수 있다. 일괄은, 예를 들어 요구시 유동을 가지는 비교적 단속적인 유동을 포함한다.
일 실시형태에 따라서, 각각의 고화 장치는 용융 장치 또는 유지 장치에 대하여 이동하거나 이동될 수 있다. 대안으로, 용융 장치 및/또는 유지 장치는 고화 장치 각각에 대하여 이동하거나 이동될 수 있고, 예를 들어 각각의 고화 장치는 일반적으로 고정되어 있고, 용융 장치 또는 유지 장치는 각각의 고화 장치를 공급하도록 이동한다.
일 실시형태에 따라서, 용융 장치, 유지 장치 및 각각의 고화 장치는, 예를 들어 결정화 공정을 위해 3 개의 별도의 단계를 갖도록, 다른 장치와는 다른 장치를 포함한다. 대안으로, 용융 장치는 사용된 장치를 형성하도록 유지 장치와 조합한다.
바람직하게는, 하지만 필수적이지는 않지만, 유지 장치의 유지 용기의 체적은, 예를 들어 대략 적어도 1.5x 인자, 적어도 2.0x, 적어도 5.0x 및/또는 적어도 10x 의 인자로, 고화 장치의 도가니의 체적을 초과하거나 이보다 더 크다.
용융 장치, 유지 장치 및/또는 고화 장치의 구성은, 각각의 장치 중 1 개 이상의 어떠한 적합한 구성을 포함할 수 있다. 일 실시형태에 따라서, 각각의 고화 장치는 용융 장치 및/또는 유지 장치에 대하여 일반적으로 반경방향으로 또는 원형으로 배치 및/또는 배열될 수 있다. 대안으로, 각각의 고화 장치는 용융 장치 및/또는 유지 장치에 대하여 일반적으로 선형으로 또는 일렬로 배치 및/또는 배열될 수 있다. 고화 장치의 라인, 열 또는 트레인은, 예를 들어 유지 장치로부터 충전되도록, 한번에 전방으로 이동하고/이동하거나 인덱싱할 수 있다. 다양한 장비 피스 및/또는 장치의 일련의 및/또는 평행한 형상의 다른 구성은 본원의 범위내에 있다.
일 실시형태에 따라서, 본 발명은 3 단계 장치의 고순도 규소를 제조하는 방법을 포함한다. 이 방법은, 고형 공급원료를 제공하여 이 고형 공급원료를 용융 장치안에 탑재하는 단계, 용융 장치의 고형 공급원료를 용융 공급원료로 용융하는 단계, 및/또는 용융 공급원료를 유지 장치에 이송, 유동 및/또는 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은, 유지 장치로부터 고화 장치안으로 용융 공급원료를 유동, 이송 및/또는 주입하는 단계 및/또는 고화 장치의 도가니에서 용융 공급원료를 고형 생성물로 고화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 예를 들어 불순물을 배출하도록, 용융 장치, 유지 장치 및/또는 고화 장치 중 적어도 하나를 통하여 불활성 가스를 유동시키거나 블로잉하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법 및/또는 장치는, 장치로부터 배출하기 전에 노출된 영역의 규소의 표면을 가로질러 휩쓸어가는 새로운 불활성 가스를 포함할 수 있다. 대안으로, 불활성 가스는 포획되고/포획되거나 재생될 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 용융 공급원료의 유동은 유지 장치와 고화 장치 사이의 진공 밀봉식 터널에서 발생한다.
본 방법은, 제 2 고화 장치가 예를 들어 유지 장치로부터 용융 공급원료를 수용하도록 고화 장치를 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 대안으로, 본 방법은, 다수의 고화 장치에 대하여 용융 장치 또는 유지 장치 중 적어도 하나를 이동시키는 것, 예를 들어 다수의 반경방향으로 배치된 고화 장치를 일반적으로 회전시키는 것을 포함할 수 있다. 본 방법은, 다수의 고화 장치에 대하여 용융 장치 또는 유지 장치 중 적어도 하나를 이동시키는 것을 포함하고, 이러한 이동은 일반적으로 선형으로 배치된 다수의 고화 장치에 대하여 일반적으로 위치시키는 것을 포함할 수 있다.
용융 장치는, 예를 들어 전달 장치에 의해, 고형 공급원료로 주기적으로 및/또는 비교적 연속적으로 충전될 수 있다. 용융은, 고형 공급원료에 대한 열 입력으로 비교적 일정한 방식으로 발생할 수 있다. 유지 장치는 용융 공급원료의 유동에 대하여 버퍼 (buffer) 및/또는 서지 체적 (surge volume) 을 제공할 수 있다. 유지 장치는, 예를 들어 일반적으로 평가가능한 용량 및/또는 유량에서, 1 개 이상의 고화 장치를 공급할 수 있다. 본 발명의 전용 장치는 더 높은 처리량 및 용량으로 보다 더 순수한 고형 생성물을 제공한다.
일 실시형태에 따라서, 본 방법은 유틸리티 공급부 및 용융 장치, 유지 장치 및/또는 고화 장치 사이의 유틸리티 연결을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 본 방법은, 예를 들어 상부 용융 잔류물을 채널안으로 배출함으로써, 도가니의 용융 공급원료로부터 불순물을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상부 용융 잔류물은 더 큰 농도의 불순물을 포함하고 또한 이러한 더 큰 농도의 불순물이, 예를 들어 냉각시 고형 생성물에 확산되고/확산되거나 이동하기 전에 제거될 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 본 방법은, 용융 장치, 유지 장치 및/또는 고화 장치 중 적어도 하나를 제 3 레일 또는 전력 공급원으로 통전 및/또는 전력공급하는 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제 3 레일은 장치를 1 개 이상의 위치로 이동시키도록 한다. 본 방법은, 예를 들어 호스 및/또는 다른 적합한 감을 수 있고 굽힘가능한 도관을 가진 유틸리티 및/또는 공정 연결부를 위해, 가요성 공급원에 연결되면서 장치를 이동시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 본 발명은 3 단계 방법 (용융, 유지 및 고화) 으로 형성되는 고순도 규소 잉곳을 포함한다. 본 방법은, 고형 공급원료를 제공하는 단계, 이러한 고형 공급원료를 용융 장치안에 탑재하는 단계, 용융 장치의 고형 공급원료를 용융 공급원료로 융융시키는 단계, 용융 공급원료를 유지 장치에 이송하는 단계, 용융 공급원료를 유지 장치로부터 고화 장치안으로 유동시키는 단계, 및 고화 장치의 도가니에서 용융 공급원료를 고형 생성물로 고화시키는 단계를 포함한다.
잉곳을 형성하는 방법은, 예를 들어 종래의 FZ 공정의 CZ 로 실시되는 바와 같이, 규소를 인발, 당김, 스피닝 및/또는 회전시키는 것을 배제할 수 있다. 이러한 잉곳은 다결정 규소, 단결정 규소, 거의 단결정 규소, 기하학적 다결정 규소 및/또는 어떠한 다른 적합한 구조를 포함하는 일차 규소를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 잉곳에는 반경방향으로 분포되고/분포되거나 배향된 불순물 및/또는 결함이 실질적으로 없을 수 있다. 일 실시형태에 따라서, 잉곳은 약 2×1016 atoms/㎤ ~ 약 5×1017 atoms/㎤ 의 탄소 농도, 7×1017 atoms/㎤ 를 초과하지 않는 산소 농도, 및 적어도 1×1015 atoms/㎤ 의 질소 농도를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 본 발명은, 예를 들어 연속 용융장치 등의, 직접 전기 저항성 용융을 포함하는 용융 장치를 포함할 수 있다. 전기 에너지는 연속적인 용융 시스템에 용이하게 통합되도록 용융될 재료에 직접 인가될 수 있고, 높은 용융 효율을 유지하고, 가열기의 구성 및/또는 재료의 공급을 간략하게 한다. 바람직하게는, 전기 아크 용융은 임의의 크기의 규소 덩어리를 탑재 및 융융시키면서 고순도를 유지시켜 준다. 용융장치는 틈 또는 절연재 (SiO2) 에 의해 분리되는 전기 전도성 재료 (예를 들어 흑연 또는 SiC) 로 된 2 개의 플레이트를 포함할 수 있다. 2 개의 플레이트는, 이러한 플레이트가 반대 극성을 갖도록, 전기 회로에 연결될 수 있다. 이 플레이트는 측면에서 볼 때 "V" 형상을 형성하도록 서로 각지게 배열될 수 있다. 이러한 V 의 개방 단부는 전기 절연성 재료로 둘러싸일 수 있거나, 또는 전기 작동 부재는 하나의 면만이 노출되어 전기 절연성 블럭내에 거의 전체적으로 장착될 수 있다. 대안으로, 다른 용융 장치의 핑거는 규소와 직접 접촉하여 배치될 수 있고 또한 핑거를 연결하는 규소를 통하여 전류를 통과시키는 방식으로 편향될 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 본 발명은, 탄소-탄소 (C-C), 강화 탄소-탄소 (RCC), 탄소-섬유-탄소 (CFC), 고온 복합재, 합금, 세라믹, 금속 및/또는 다른 적합한 물질을 가지는, 유지 용기 및/또는 도가니를 위한 지지체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 유지 용기 또는 도가니가, 예를 들어 약 1420℃ 이상에서 액체 규소의 적어도 약 500 킬로그램 등의 용융 공급원료를 담으면서, 승온에서 변형하거나 유연해지더라도, 상기 지지체는 충분한 구조 부재를 포함한다. 이러한 지지체는 또한, 예를 들어 용융 공급원료를 이송하도록 유지 용기를 경사지게 함으로써, 기계화되도록 충분한 구조적 용량을 포함할 수 있다. 이러한 지지체는, 도가니의 형상과 일치하는 얇은 C-C 쉘 또는 라이너를 지지하는 리브를 갖춘 킬 (keel) 을 포함한다.
일 실시형태에 따라서, 고화 장치는 가스 재순환식 열교환기를 포함할 수 있다. 이러한 가스 재순환식 열교환기는 대류식 냉각 시스템으로서 작용할 수 있고, 여기서 잉곳과 열적으로 연통하는 열전도성 블럭에는 냉각 불활성 가스가 도입된다. 이러한 가스는 확산 플레이트를 통하여 압입되고 또한 냉각 블럭과의 전도식 접촉에 기초하여 예를 들어 몇백도까지 가열된다. 그 후, 고온 가스는 열교환기로부터 빠져나오고 또한 이를 통과하게 되며, 여기서 열 에너지는 다른 적용에 사용하도록 변환될 수 있다. 그 후, 열교환기로부터의 냉각 가스는, 예를 들어 시스템을 통하여 재순환될 수 있다. 가스 재순환식 열교환기는 수냉된 챔버 벽에 열을 복사할 필요성을 없애주고 또한 수냉된 벽에 액체 규소가 도달할 위험을 저감시켜 줄 수 있다. 가스 재순환식 열교환기는, 규소의 결함 및/또는 누출이 발생하면 안전 인자를 증가시킬 수 있다. 온도 완화는, 가스의 질유량의 변경에 의해 및/또는 가변 주파수 드라이브를 통한 블로어 속도 변경 등에 의해 실시될 수 있다.
챔버 벽에서의 종래의 수냉은 최대 90℃ 까지 물의 온도를 상승시키고, 이는 회수하기 어려운 저급 에너지를 나타낸다. 물이 아닌 일차 열전달 매체로서의 가스 재순환식 열교환기는, 다른 매체 및/또는 용도, 예를 들어 이차 전력 발생 및/또는 폐열 회수 용도의 증기 또는 고온 열전달 유체 등에 이송되는데 사용될 수 있는 고품질의 열회수를 가능하게 할 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 본 발명에 사용되는 가열기는, 효율적인 복사 가열기의 형상으로 가공될 수 있고 또한 제어된 분위기의 고온 노를 가열하는데 사용하는 전기 연결부에 용이하게 삽입될 수 있는, 소직경의 흑연 피스로 형성되는 가열기 본체 등의 어떠한 적합한 구성을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하지만 필수적이지는 않지만, 가열기의 구성은 대형의 블록을 가공한 단일의 대형의 나선 부재를 없애준다. 또한 바람직하게는, 하지만 필수적이지는 않지만, 가열기의 구성은 많은 볼트식 연결을 없애준다. 각각의 가열기 또는 가열 부재는 테이퍼 락 전력 연결을 제공하도록 수냉식 버스 (예를 들어, 구리로 제조) 에 슬립 장착될 수 있고 또한 주조 스테이션 및/또는 장치를 들어가지 않고 바로 제거될 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 본원의 장치에 사용되는 불활성 가스 및 관련 시스템은, 예를 들어 형성 가스의 체적을 저감시키도록, 재순환 시스템을 포함할 수 있다. 불활성 가스 공급원은 필요에 따라 영역으로 유동할 수 있고/있거나 제어된 분위기를 형성하고/형성하거나 유지하도록 진공 및/또는 이덕터로 보조될 수 있다. 불활성 가스 시스템은, 예를 들어 작동 비용을 저감시키도록, 산소호흡기, 압축기, 블로어, 어큐뮬레이터, 팽창가능한 백, 및/또는 어떠한 다른 적합한 장치를 포함할 수 있다.
본원의 범위 및 정신을 벗어나지 않고, 개시된 구조 및 방법에 있어서 다양한 변형 및 변경을 할 수 있는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 특히, 어떠한 일 실시형태의 기재는 다른 실시형태의 기재와 자유롭게 조합되어 2 개 이상의 부재 또는 제한의 조합 및/또는 변화를 유발할 수 있다. 본원의 다른 실시형태는 본원에 개시된 본원의 명세서 및 실시를 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서 및 실시예는 단지 대표적인 것으로, 본원의 실제 범위 및 정신은 이하의 청구범위에 의해 나타낼 수 있다.

Claims (101)

  1. 고순도 규소를 제조하는데 적합한 용융 장치로서,
    고형 공급원료를 용융시키는 열 공급원,
    상기 고형 공급원료를 열 공급원에 공급하는 전달 장치, 및
    상기 열 공급원으로부터의 용융 공급원료를 수용하고 또한 상기 용융 공급원료를 추가로 처리하는 유지 장치로 유동시키는 캐치 팬을 포함하는 용융 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고형 공급원료 또는 상기 용융 공급원료와 접촉하는 표면은 고순도 성분을 포함하는 용융 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 장치는 실질적으로 연속적으로 작동하는 용융 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 공급원은 슬롯식 플랫폼을 포함하는 용융 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 공급원은 평평하거나 굴곡진 노상 (hearth) 을 포함하는 용융 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열 공급원은 일반적으로 평행한 형상의 다수의 로드를 포함하는 용융 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 로드는 보호 커버를 포함하는 용융 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 공급원은 탄화규소 또는 흑연을 포함하는 용융 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전달 장치는 기다란 부재의 일 단부에 배치된 포크를 포함하고, 상기 포크는 고형 공급원료를 지지하는 일반적으로 평행한 다수의 뾰족부를 포함하는 용융 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 공급원의 1 개 이상의 슬롯 사이를 상기 뾰족부가 통과하도록 하는 간격을 더 포함하는 용융 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 포크는 고형 공급원료를 탑재하는 제 1 위치 및 고형 공급원료를 열 공급원에 전달하는 제 2 위치 사이에서 이동가능한 용융 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 포크는 고형 공급원료를 주변 온도 이상으로 가열하는 중간 위치까지 이동가능한 용융 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전달 장치는 보행식 빔, 회전 튜브, 회전식 공급기, 진동식 공급기, 슈트 및 도어 기구, 가동 트레이, 푸싱 바, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중 하나로부터 선택되는 용융 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 장치로부터 오염물을 배출시키는 불활성 가스 공급원을 더 포함하는 용융 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 전달 장치는 환경 락 (environmental lock) 을 포함하는 용융 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐치 팬은 용융 공급원료를 배출하는 경사진 바닥을 포함하는 용융 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐치 팬은 배플 또는 웨어 (weir) 를 포함하는 용융 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐치 팬은 주입 스파우트, 홈통, 사이펀 튜브, 플런저 또는 이들의 조합을 포함하는 용융 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 공급원은 슬롯 개구부의 상부에 대하여 배치되는 가열기를 포함하는 용융 장치.
  20. 고순도 규소를 제조하는데 적합한 고형 공급원료를 용융시키는 방법으로서,
    고형 공급원료를 제공하는 단계,
    전달 장치에 의해 상기 고형 공급원료를 열 공급원에 공급하는 단계,
    상기 열 공급원으로 고형 공급원료를 용융시키는 단계, 및
    상기 열 공급원으로부터의 용융 공급원료를, 추가로 처리하거나 실행하기 위해 이러한 용융 공급원료를 유동시키는 캐치 팬에 수용하는 단계를 포함하는 용융 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 공급하는 단계는,
    상기 고형 공급원료의 1 개 이상의 피스를 제 1 위치에 있는 포크에 배치하는 것,
    기다란 부재에 의해 열 공급원에 대하여 제 2 위치로 포크를 이동시키는 것으로서, 상기 포크는 기다란 부재의 일 단부에 배치되는 것,
    상기 열 공급원의 핑거 상에 고형 공급원료를 배치하도록 상기 포크의 뾰족부를 열 공급원의 1 개 이상의 슬롯안으로 하강시키는 것, 및
    상기 열 공급원으로부터 포크를 인출하는 것을 포함하는 용융 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 이동시키는 것은 환경 락을 통과하는 것을 포함하는 용융 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    고온 영역에 대하여 연결되는 불활성 분위기 하에서 로봇에 의해 포크를 탑재하는 것을 더 포함하는 용융 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    중간 위치에서 상기 고형 공급원료를 주변 온도 이상으로 따뜻하게 하는 것을 더 포함하는 용융 방법.
  25. 제 20 항에 있어서,
    불순물을 방지하도록 불활성 가스를 유동시키는 단계를 더 포함하는 용융 방법.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 전달 장치는 보행식 빔, 회전 튜브, 회전식 공급기, 진동식 공급기, 슈트 및 도어 기구, 가동 트레이, 푸싱 바, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중 하나로부터 선택되는 용융 방법.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 용융시키는 단계는 저항성 가열기, 유도 가열기 또는 이들의 조합을 사용하는 것을 포함하는 용융 방법.
  28. 제 20 항에 있어서,
    상기 용융시키는 단계는 고형 공급원료를 다수의 로드와 접촉시키는 것 및 적어도 하나의 슬롯을 통하여 용융 공급원료를 유동시키는 것을 포함하는 용융 방법.
  29. 제 20 항에 있어서,
    상기 수용하는 단계는 경사면 아래로 유동시키는 것을 포함하는 용융 방법.
  30. 제 20 항에 있어서,
    상기 수용하는 단계는, 부유하는 비용융 공급원료의 피스를 정지시키도록 배플, 웨어 또는 이들의 조합에 대하여 용융 공급원료를 유동시키는 것을 포함하는 용융 방법.
  31. 제 20 항에 있어서,
    상기 수용하는 단계는, 침전 입자 또는 오염물을 차단하도록 스필-오버 배리어 (spill-over barrier) 에 대하여 용융 공급원료를 유동시키는 것을 포함하는 용융 방법.
  32. 제 20 항에 있어서,
    캐치 팬으로부터의 용융 공급원료를 유지 용기로 이송하는 단계를 더 포함하는 용융 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 이송하는 단계는 주입 스파우트, 사이펀 튜브, 플런저, 홈통 또는 이들의 조합을 통하여 유동하는 것을 포함하는 용융 방법.
  34. 고순도 규소를 제조하는데 적합한 유지 장치로서,
    용융 공급원료를 수용하는 출구를 가진 유지 용기,
    적어도 하나의 가열기, 및
    상기 용융 공급원료를 추가로 처리 또는 실행하도록 유동시키는 이송 또는 경사 기구를 포함하는 유지 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 유지 용기는 융해 실리카를 포함하는 유지 장치.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 출구는 유지 용기의 벽을 관통하는 퍼넬, 스파우트, 홈통 또는 포트를 포함하는 유지 장치.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 유지 용기는,
    깊이를 가진 제 1 단부와 증가된 깊이를 가진 제 2 단부, 및
    뚜껑을 포함하는 유지 장치.
  38. 제 34 항에 있어서,
    불활성 가스 공급원을 더 포함하는 유지 장치.
  39. 제 34 항에 있어서,
    상기 경사 기구는 상기 유지 용기의 일 단부의 높이를 변경하도록 제 1 고정 레그 및 제 2 조절가능 레그를 포함하는 유지 장치.
  40. 제 34 항에 있어서,
    상기 유지 용기로부터의 용융 공급원료를 고화 장치에 이송하도록 스파우트, 퍼넬, 홈통 또는 이들의 조합을 더 포함하는 유지 장치.
  41. 제 34 항에 있어서,
    상기 유지 장치는 위치들 사이에서 이동가능한 휴대 장치를 포함하고 또한 유틸리티용의 가요적인 또는 신속 연결부를 포함하는 유지 장치.
  42. 제 34 항에 있어서,
    도펀트 공급원을 더 포함하는 유지 장치.
  43. 제 34 항에 있어서,
    상기 유지 용기용 지지체를 더 포함하고, 상기 지지체는 탄소-탄소를 포함하는 유지 장치.
  44. 고순도 규소를 제조하는데 적합한 유지 장치를 사용하는 방법으로서,
    용융 공급원료를 유지 용기안에 수용하는 단계,
    상기 용융 공급원료를 공급원료 용융점 이상으로 유지하는 단계, 및
    상기 용융 공급원료를 출구를 통하여 이송하는 단계를 포함하는 유지 장치의 사용 방법.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 유지하는 단계는 용융 공급원료를 과열하는 것을 포함하는 유지 장치의 사용 방법.
  46. 제 44 항에 있어서,
    상기 수용하는 단계는 일반적으로 연속적으로 실시하고, 상기 이송하는 단계는 일반적으로 주기적으로 실시하는 유지 장치의 사용 방법.
  47. 제 44 항에 있어서,
    상기 이송하는 단계는 경사 기구로 유지 용기를 기울이는 것을 포함하는 유지 장치의 사용 방법.
  48. 제 44 항에 있어서,
    상기 유지 장치로부터 오염물을 제거하도록 불활성 가스를 유동시키는 단계를 더 포함하는 유지 장치의 사용 방법.
  49. 고순도 규소를 제조하는데 적합한 고화 장치로서,
    홈통으로부터 용융 공급원료를 수용하는 도가니 또는 용기,
    적어도 하나의 가열기, 및
    적어도 하나의 히트싱크를 포함하는 고화 장치.
  50. 제 49 항에 있어서,
    진공 밀봉식 인터락 도크/언도크를 더 포함하는 고화 장치.
  51. 제 49 항에 있어서,
    상기 도가니 또는 용기는 고화시 불순물 함유 재료를 배출하는 홈통을 포함하는 고화 장치.
  52. 제 49 항에 있어서,
    고화시 도가니 또는 용기를 기울이도록 배출 장치를 더 포함하는 고화 장치.
  53. 제 49 항에 있어서,
    상기 도가니 또는 용기의 내부면에 대하여 배치되는 적어도 하나의 시드 결정을 더 포함하는 고화 장치.
  54. 제 49 항에 있어서,
    용융물 검출 시스템을 더 포함하는 고화 장치.
  55. 제 49 항에 있어서,
    상기 고화 장치는 위치들 사이에서 이동가능한 휴대 장치를 포함하고 또한 유틸리티용의 가요적인 또는 신속 연결부를 포함하는 고화 장치.
  56. 제 49 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가열기는 상부 가열기 및 바닥 가열기를 포함하는 고화 장치.
  57. 제 56 항에 있어서,
    적어도 하나의 측면 가열기를 더 포함하는 고화 장치.
  58. 제 49 항에 있어서,
    상기 고화 장치는 도펀트 공급원을 포함하는 고화 장치.
  59. 제 49 항에 있어서,
    상기 히트싱크는 도가니의 바닥에 대하여 배치되는 금속제 플레이트를 포함하는 고화 장치.
  60. 제 49 항에 있어서,
    진공 공급원 및 불활성 가스 공급원을 더 포함하는 고화 장치.
  61. 고순도 규소를 제조하는데 적합한 용융 공급원료를 고화시키는 방법으로서,
    용융 공급원료를 제공하는 단계,
    상기 용융 공급원료를 도가니에 수용하는 단계,
    상기 도가니의 온도를 제어하도록 가열기에 의해 상기 용융 공급원료에 열을 제공하는 단계, 및
    상기 용융 공급원료를 결정화하도록 바닥 또는 적어도 하나의 측면으로부터 용융 공급원료를 냉각시키는 단계를 포함하는 고화 방법.
  62. 제 61 항에 있어서,
    상기 수용하는 단계는, 그 사이에서 용융 공급원료를 유동시키면서 장치와 유지 용기를 진공 밀봉식으로 분위기 제어하여 연결하는 것을 포함하는 고화 방법.
  63. 제 61 항에 있어서,
    유지 장치 또는 용융 장치로부터 고화 위치까지 고화 장치를 이동시키는 단계를 더 포함하는 고화 방법.
  64. 제 61 항에 있어서,
    도펀트로 용융 공급원료를 도핑하는 단계를 더 포함하는 고화 방법.
  65. 제 61 항에 있어서,
    시드 결정으로 고화된 생성물을 배향시키는 단계를 더 포함하는 고화 방법.
  66. 제 61 항에 있어서,
    상기 고화된 생성물은 다결정 규소, 단결정 규소, 거의 단결정 규소, 기하학적 다결정 규소 및 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 고화 방법.
  67. 제 61 항에 있어서,
    도가니의 바닥 또는 적어도 하나의 측면을 적어도 실질적으로 덮도록 시드 결정을 배치하는 단계를 더 포함하는 고화 방법.
  68. 제 61 항에 있어서,
    도가니의 바닥 및 모든 내부면을 적어도 실질적으로 덮도록 시드 결정을 배치하는 단계를 더 포함하는 고화 방법.
  69. 고순도 규소를 제조하는데 적합한 장치로서,
    고형 공급원료를 용융 공급원료로 용융시키는 용융 장치,
    상기 용융 장치로부터 용융 공급원료를 수용하는 유지 장치, 및
    상기 용융 공급원료를 고형 생성물로 고화시키는 적어도 하나의 고화 장치를 포함하는 장치.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 용융 장치는 열 공급원의 슬롯에 걸쳐 고형 공급원료를 배치시키는 포크형 전달 장치를 포함하는 장치.
  71. 제 69 항에 있어서,
    상기 유지 장치는 유지 용기 및 경사 기구를 포함하는 장치.
  72. 제 69 항에 있어서,
    상기 장치로부터 오염물을 배출시키는 불활성 가스 공급원을 더 포함하는 장치.
  73. 제 72 항에 있어서,
    새로운 불활성 가스는 장치로부터 배출되기 전에 노출된 영역의 규소 표면을 가로질러 휩쓸어가는 장치.
  74. 제 69 항에 있어서,
    각각의 고화 장치는 도가니, 가열기 및 히트싱크를 포함하는 장치.
  75. 제 69 항에 있어서,
    상기 용융 장치 및 상기 유지 장치는 단일 유닛으로 결합하는 장치.
  76. 제 69 항에 있어서,
    상기 용융 장치, 상기 유지 장치 또는 상기 적어도 하나의 고화 장치 중 적어도 하나는 위치들사이에서 이동가능한 휴대 장치를 포함하고 또한 유틸리티용 가요적인 또는 신속 연결부를 포함하는 장치.
  77. 제 69 항에 있어서,
    상기 1 개 이상의 용융 장치는 용융 공급원료를 동일한 유지 장치에 공급하는 장치.
  78. 제 69 항에 있어서,
    상기 적어도 5 개의 고화 장치는 동일한 유지 장치로부터 충전되는 장치.
  79. 제 69 항에 있어서,
    상기 용융 장치는 일반적으로 연속적인 모드로 작동하고, 상기 유지 장치는 일반적으로 반-일괄적인 모드로 작동하며, 상기 고화 장치는 일반적으로 일괄적인 모드로 작동하는 장치.
  80. 제 69 항에 있어서,
    각각의 고화 장치는 용융 장치 또는 유지 장치에 대하여 이동하는 장치.
  81. 제 69 항에 있어서,
    각각의 고화 장치는 일반적으로 고정되어 있고, 용융 장치 또는 유지 장치는 각각의 고화 장치에 공급하도록 이동하는 장치.
  82. 제 69 항에 있어서,
    상기 용융 장치, 상기 유지 장치 및 상기 각각의 고화 장치는 다른 장치와 상이한 장치를 포함하는 장치.
  83. 제 69 항에 있어서,
    상기 유지 장치의 유지 용기의 체적은 상기 고화 장치의 도가니의 체적을 초과하는 장치.
  84. 제 69 항에 있어서,
    각각의 고화 장치는 상기 용융 장치 또는 상기 유지 장치에 대하여 일반적으로 반경방향으로 배치되는 장치.
  85. 제 69 항에 있어서,
    각각의 고화 장치는 상기 용융 장치 또는 상기 유지 장치에 대하여 일반적으로 선형으로 배치되는 장치.
  86. 제 69 항에 있어서,
    용융 공급원료의 누출물을 담는 탄소-섬유 복합재 캐치 수용체를 더 포함하는 장치.
  87. 고순도 규소를 제조하는데 적합한 방법으로서,
    고형 공급원료를 제공하는 단계,
    상기 고형 공급원료를 용융 장치에 탑재하는 단계,
    상기 용융 장치의 고형 공급원료를 용융 공급원료로 용융시키는 단계,
    상기 용융 공급원료를 유지 장치에 이송하는 단계,
    상기 용융 공급원료를 상기 유지 장치로부터 고화 장치안으로 유동시키는 단계, 및
    상기 고화 장치의 도가니에서 상기 용융 공급원료를 고형 생성물로 고화시키는 단계를 포함하는 방법.
  88. 제 87 항에 있어서,
    상기 용융 장치, 상기 유지 장치, 또는 상기 고화 장치 중 적어도 하나를 통하여 불활성 가스를 유동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  89. 제 87 항에 있어서,
    상기 유동시키는 단계는, 유지 장치와 고화 장치 사이에서, 분위기 제어된 인터락을 통하여 실시되는 방법.
  90. 제 87 항에 있어서,
    제 2 고화 장치가 용융 공급원료를 수용하도록 고화 장치를 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  91. 제 87 항에 있어서,
    상기 용융 장치 또는 상기 유지 장치 중 적어도 하나를 다수의 고화 장치에 대하여 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  92. 제 91 항에 있어서,
    상기 용융 장치 또는 상기 유지 장치 중 적어도 하나를 이동시키는 단계는, 일반적으로, 다수의 반경방향으로 배치된 고화 장치에 회전을 가하는 것을 포함하는 방법.
  93. 제 91 항에 있어서,
    상기 용융 장치 또는 상기 유지 장치 중 적어도 하나를 이동시키는 단계는, 일반적으로, 다수의 일반적으로 선형으로 배치된 고화 장치에 대하여 위치시키는 것을 포함하는 방법.
  94. 제 87 항에 있어서,
    유틸리티 공급부와, 용융 장치, 유지 장치 또는 고화 장치와의 사이에 유틸리티 연결부를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  95. 제 87 항에 있어서,
    상부 용융 잔류물을 배출함으로써 도가니로부터 불순물을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
  96. 제 87 항에 있어서,
    제 3 레일에 의해 용융 장치, 유지 장치 또는 고화 장치 중 적어도 하나를 통전시키면서 적어도 2 개의 레일상의 장치를 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  97. 3 단계 방법으로 형성되는 고순도 규소 잉곳으로서,
    상기 방법은,
    규소를 함유하는 고형 공급원료를 제공하는 단계,
    상기 고형 공급원료를 용융 장치안에 탑재하는 단계,
    상기 용융 장치의 고형 공급원료를 용융 공급원료로 용융시키는 단계,
    상기 용융 공급원료를 유지 장치로 이송하는 단계,
    상기 용융 공급원료를 유지 장치로부터 고화 장치안으로 유동시키는 단계, 및
    상기 고화 장치의 도가니에서 상기 용융 공급원료를 고형 생성물로 고화시키는 단계를 포함하는 잉곳.
  98. 제 97 항에 있어서,
    상기 방법은 규소를 인발하거나 회전시키는 것을 배제하는 잉곳.
  99. 제 97 항에 있어서,
    상기 잉곳은, 다결정 규소, 단결정 규소, 거의 단결정 규소, 기하학적 다결정 규소 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 일차 규소를 포함하는 잉곳.
  100. 제 97 항에 있어서,
    상기 잉곳은 반경방향으로 분포되는 결함이 실질적으로 없는 잉곳.
  101. 제 97 항에 있어서,
    상기 잉곳은, 약 2×1016 atoms/㎤ ~ 약 5×1017 atoms/㎤ 의 탄소 농도, 7×1017 atoms/㎤ 를 초과하지 않는 산소 농도, 및 적어도 1×1015 atoms/㎤ 의 질소 농도를 포함하는 잉곳.
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